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JPH07168146A - Spot conversion optical waveguide - Google Patents

Spot conversion optical waveguide

Info

Publication number
JPH07168146A
JPH07168146A JP6863794A JP6863794A JPH07168146A JP H07168146 A JPH07168146 A JP H07168146A JP 6863794 A JP6863794 A JP 6863794A JP 6863794 A JP6863794 A JP 6863794A JP H07168146 A JPH07168146 A JP H07168146A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
spot
core
optical waveguide
thickness
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP6863794A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenji Kono
健治 河野
Naoto Yoshimoto
直人 吉本
Masaki Kamitoku
正樹 神徳
Hiroaki Takeuchi
博昭 竹内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP6863794A priority Critical patent/JPH07168146A/en
Publication of JPH07168146A publication Critical patent/JPH07168146A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve the single mode, the productivity and the conversion loss of spot size of a spot conversion optical waveguide. CONSTITUTION:This spot conversion optical waveguide is equipped with an optical waveguide for propagation, a spot conversion part and an enlarged spot optical waveguide. The guided wave light propagated through the enlarged spot optical waveguide is shut up in a horizontal direction by the ridge of the enlarged spot optical waveguide, and clad does not exist on the core of the enlarged spot waveguide other than the ridge part, and further the core of the enlarged spot waveguide is thinned to enlarge a spot diameter.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、小形・低損失かつ製作
性のよいスポット変換光導波路に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a spot conversion optical waveguide which is small in size, low in loss and easy to manufacture.

【0002】[0002]

【従来の技術】まず、後の説明の便宜のために、スポッ
トサイズについて定義しておく。光の界分布をガウシア
ン分布でフィッティングした場合、そのパワー分布がピ
ークの値の1/e2 になる幅(半幅)をスポットサイズ
とする。また、以下において、光機能部と伝搬用光導波
路部では、そのスポットサイズが1μm程度あるいはそ
れ以下であり、拡大スポット光導波路部ではスポットサ
イズが約4μmと単一モード光ファイバ(以下、SMF
と略す)の程度に大きいとする。
2. Description of the Related Art First, for convenience of later description, a spot size will be defined. When the field distribution of light is fitted with a Gaussian distribution, the width (half width) where the power distribution becomes 1 / e 2 of the peak value is the spot size. Further, in the following, the spot size is about 1 μm or less in the optical function part and the propagation optical waveguide part, and the spot size is about 4 μm in the expanded spot optical waveguide part, and the single mode optical fiber (hereinafter referred to as SMF).
Abbreviated).

【0003】まず、従来例のスポットサイズの大きなリ
ッジ光導波路について説明する。
First, a conventional ridge optical waveguide having a large spot size will be described.

【0004】図44および図45は、それぞれリッジの
大きさが6から8μm程度と大きく、スポットサイズの
大きな光導波路の第1と第2の従来例(R.G.Wal
ker他、Electron.Lett.,vol.1
9,no.15,pp.590−592,1983)の
模式的断面図(図44(A),図45(A))と、それ
ぞれの横方向座標に対する等価屈折率の分布を示す図
(図44(B),図45(B))である。図中、光のパ
ワー分布をFで示す。ここで1と3はクラッド(AlG
aAs、屈折率=3.34)、2はコア(GaAs、屈
折率=3.41)である。クラッド1は高さ6〜8μm
のリッジ状である。図44の第1の従来例ではコア1の
厚みが1.4μmと厚い。従って、模式図に示したよう
に光はリッジ1の左右のコア内に漏れ出す。この左右に
漏れ出した光はコア2の直上の空気を感じる。従って、
リッジの左右の領域の等価屈折率は、クラッド1がある
リッジ領域よりもかなり低くなり、等価屈折率の分布に
おける横方向屈折率差Δnは比較的大きくなる。その結
果、この文献にも述べられているように、多モード光導
波路となるという欠点があった。
44 and 45, the ridge size is as large as 6 to 8 μm, and the first and second conventional examples (RG Wal) of the optical waveguide having a large spot size are shown.
ker et al., Electron. Lett. , Vol. 1
9, no. 15, pp. 590-592,1983) (FIG. 44 (A), FIG. 45 (A)) and diagrams showing the distribution of the equivalent refractive index with respect to the respective lateral coordinates (FIG. 44 (B), FIG. 45 ( B)). In the figure, the power distribution of light is indicated by F. Here, 1 and 3 are clad (AlG
aAs, refractive index = 3.34), 2 is a core (GaAs, refractive index = 3.41). The clad 1 has a height of 6 to 8 μm
It has a ridge shape. In the first conventional example of FIG. 44, the core 1 has a large thickness of 1.4 μm. Therefore, as shown in the schematic diagram, light leaks into the left and right cores of the ridge 1. The light leaked to the left and right feels the air directly above the core 2. Therefore,
The equivalent refractive index of the regions on the left and right of the ridge is considerably lower than that of the ridge region where the cladding 1 is present, and the lateral refractive index difference Δn in the distribution of the equivalent refractive index is relatively large. As a result, as described in this document, there is a drawback that it becomes a multimode optical waveguide.

【0005】また、図45ではコア2がリッジ状クラッ
ドの直下のみに存在するので、リッジ以外の横方向への
光のしみだしはないが、コア2の厚みが図44の場合と
同じ1.4μmと厚いため、等価屈折率の分布における
横方向屈折率差Δnは極めて大きくなり、多モード光導
波路となるという欠点があった。
Further, in FIG. 45, since the core 2 exists only directly under the ridge-shaped clad, there is no exudation of light in the lateral direction other than the ridge, but the thickness of the core 2 is the same as in FIG. Since the thickness is as thick as 4 μm, the lateral refractive index difference Δn in the distribution of the equivalent refractive index becomes extremely large, and there is a drawback that a multimode optical waveguide is obtained.

【0006】次にスポット変換について述べる。Next, the spot conversion will be described.

【0007】一般に、半導体光導波路の場合、コアとク
ラッドの屈折率差が大きいため単一モードの光を伝搬す
るためには、半導体光導波路を伝搬する光のスポットサ
イズはサブミクロンオーダと小さくなる。スポットサイ
ズがw1 とw2 の2つのガウシアンビームが結合する場
合の結合効率ηは
Generally, in the case of a semiconductor optical waveguide, since the difference in refractive index between the core and the clad is large, the spot size of the light propagating through the semiconductor optical waveguide is as small as submicron in order to propagate the light of a single mode. . The coupling efficiency η when two Gaussian beams with spot sizes w 1 and w 2 are coupled is

【0008】[0008]

【数1】 η=4/(w1 /w2 +w2 /w12 (1) と表される。Η = 4 / (w 1 / w 2 + w 2 / w 1 ) 2 (1)

【0009】さて、式(1)から、光導波路間の結合損
失を低減するためには、スポットサイズを一致させれば
よいことがわかる。受光用光導波路としてSMFを用い
る場合、そのスポットサイズw2 は約4μmであり、半
導体光導波路と直接結合させたのでは結合損失が極めて
大きくなる。例えば、半導体光導波路のスポットサイズ
1 が1μmでSMFのスポットサイズw2 が4μmの
場合、結合損失(−10・log(η))は6.5dB
となる。そこで、後述のように先端を研磨してレンズ効
果を持たせてスポットサイズを小さくする、いわゆる先
球加工単一モード光ファイバ(以下、先球SMFと略
す)が用いられる。ところが、先球SMFのスポットサ
イズをサブミクロンオーダにまで小さくすると軸ずれの
トレランスの問題が生じてくる。つまり、スポットサイ
ズwの2個のガウシアンビームが光軸に垂直にxだけ軸
ずれて結合する場合の結合効率ηは
From the equation (1), it can be seen that the spot sizes should be matched to reduce the coupling loss between the optical waveguides. When the SMF is used as the light receiving optical waveguide, its spot size w 2 is about 4 μm, and if it is directly coupled with the semiconductor optical waveguide, the coupling loss becomes extremely large. For example, when the spot size w 1 of the semiconductor optical waveguide is 1 μm and the spot size w 2 of the SMF is 4 μm, the coupling loss (−10 · log (η)) is 6.5 dB.
Becomes Therefore, as described below, a so-called front-end processing single-mode optical fiber (hereinafter abbreviated as front-end SMF) is used in which the tip is polished to give a lens effect to reduce the spot size. However, if the spot size of the front spherical SMF is reduced to the submicron order, there arises a problem of tolerance of misalignment. That is, the coupling efficiency η in the case where two Gaussian beams having the spot size w are coupled by being displaced by x in the direction perpendicular to the optical axis is

【0010】[0010]

【数2】 η=exp(−x2 /w2 ) (2) で与えられ、スポットサイズwがサブミクロンと小さい
時には結合損失が大幅に増加し、軸ずれのトレランスが
極めて厳しくなる。また、実際には、先球SMFの先端
の曲率半径R1 を小さくしても研磨の際の加工精度のた
めスポットサイズを0.5μm程度にまで小さくするこ
とは大変難しい(以上の参考文献:河野健治著、“光デ
バイスのための光結合系の基礎と応用”(現代工学
社))。
[Equation 2] η = exp (−x 2 / w 2 ) (2), and when the spot size w is as small as submicron, the coupling loss increases significantly, and the tolerance of axis misalignment becomes extremely severe. In fact, even if the radius of curvature R1 of the tip of the front spherical SMF is made small, it is very difficult to reduce the spot size to about 0.5 μm due to the processing accuracy during polishing (above reference: Kono). Kenji, "Fundamentals and Applications of Optical Coupling Systems for Optical Devices" (Hyundai Engineering Co.).

【0011】そこで、半導体光導波路のスポットサイズ
を大きくすることが必要となる。図46は半導体光導波
路におけるスポットサイズ変換について従来例を説明す
る斜視図である。ここでIは光機能部、IIは伝搬用光導
波路部、III はスポット変換部である。4および5は各
々半導体レーザなどの光機能部のクラッドとコアであ
る。6および7は伝搬用光導波路のクラッドとコア、8
はスポット変換部のコアである。図47および図48は
各々図46のA−A′とB−B′における断面図であ
る。
Therefore, it is necessary to increase the spot size of the semiconductor optical waveguide. FIG. 46 is a perspective view illustrating a conventional example of spot size conversion in a semiconductor optical waveguide. Here, I is an optical function part, II is a propagation optical waveguide part, and III is a spot conversion part. Reference numerals 4 and 5 are a clad and a core of an optical function part such as a semiconductor laser. 6 and 7 are the cladding and core of the propagation optical waveguide, and 8
Is the core of the spot converter. 47 and 48 are cross-sectional views taken along the lines AA 'and BB' of FIG. 46, respectively.

【0012】この従来例の動作原理を説明する。スポッ
ト変換部のコア8は図46あるいは図47からわかるよ
うに先端の幅が徐々にテーパ状に細くなっている。従っ
て、伝搬用光導波路のコア7を伝搬してきた光がスポッ
ト変換部のコア8にさしかかると、光がクラッドへ漏れ
だす量が多くなり、光の界分布が広がることになる。そ
の結果、スポットサイズが大きくなり、式(1)に与え
た結合損失を低減することができる。
The operation principle of this conventional example will be described. As can be seen from FIG. 46 or 47, the width of the tip of the core 8 of the spot converting portion is gradually tapered. Therefore, when the light propagating through the core 7 of the optical waveguide for propagation reaches the core 8 of the spot converter, the amount of light leaking into the clad increases and the field distribution of the light spreads. As a result, the spot size becomes large, and the coupling loss given in equation (1) can be reduced.

【0013】この従来のスポット変換光導波路ではコア
をテーパ状に細くしているが、コアの幅が細くなりすぎ
ると光がクラッドに漏れ出し、スポットサイズが大きく
なりすぎるとともに光を導波させる力(導波力)が緩く
なりすぎる。従って、光ファイバとのスポットサイズ不
整合による結合損失、あるいは細い部分における導波路
揺らぎによる散乱損失や放射損失などにより光の挿入損
失が増加するなどの問題があった。
In this conventional spot conversion optical waveguide, the core is tapered to be thin. However, if the width of the core becomes too thin, light leaks into the clad, and the spot size becomes too large and the force for guiding the light is increased. (Waveguide power) becomes too loose. Therefore, there is a problem that the insertion loss of light increases due to the coupling loss due to the spot size mismatch with the optical fiber, or the scattering loss and the radiation loss due to the waveguide fluctuation in the narrow portion.

【0014】図49に第4の従来例の斜視図を示す(E
lectron.Letters,vol.28,p
p.631−632,1922)。ここで、IIは伝搬用
光導波路部、III はスポット変換部、IVは拡大スポット
光導波路である。本例は伝搬用光導波路とスポット変換
部のコアが完全に埋め込まれた形の光導波路の場合につ
いて提案されたものである。この従来例では伝搬用光導
波路のコア9(ここではバンドギャップ波長λg=1.
3μm)の幅を細くすることにより、伝搬用光導波路の
コア9の導波力を徐々に弱くし導波光をクラッドに漏れ
出させるとともに最終的に放射させる。それにつれて、
伝搬用光導波路のコア9の下に堆積させていた拡大スポ
ット光導波路のコア10の幅を徐々に広げ、上下方向は
コア10の厚みで、横方向はコア10の幅で閉じ込めを
行う。ここで11は上部クラッド、12は下部クラッ
ド、13はInP基板である。
FIG. 49 shows a perspective view of a fourth conventional example (E).
electron. Letters, vol. 28, p
p. 631-632, 1922). Here, II is a propagation optical waveguide portion, III is a spot conversion portion, and IV is an enlarged spot optical waveguide. This example is proposed for the case where the propagation optical waveguide and the core of the spot converter are completely embedded. In this conventional example, the core 9 of the optical waveguide for propagation (here, the bandgap wavelength λg = 1.
3 μm), the waveguide power of the core 9 of the propagation optical waveguide is gradually weakened so that the guided light leaks to the clad and is finally emitted. Along with that,
The width of the core 10 of the enlarged spot optical waveguide deposited under the core 9 of the propagation optical waveguide is gradually widened so that the vertical direction is the thickness of the core 10 and the lateral direction is the width of the core 10. Here, 11 is an upper clad, 12 is a lower clad, and 13 is an InP substrate.

【0015】この従来例では、伝搬用光導波路のコア9
は完全な埋め込み形の光導波路であるため、拡大スポッ
ト変換部のコア10も完全に埋め込み形とし、横方向の
光の閉じ込めをコア10の幅を規定することにより行っ
ている。従って、この従来例は埋め込み形光導波路の場
合に適しているが、光スイッチのようにリッジ構造には
形状が異なっているために適用しずらく、リッジ構造に
適用した場合、製作性やスポットサイズ変換時の変換損
が大きい、また埋め込み導波路なので伝搬損失が大きく
かつ光のパワー分布が極めて偏平となりSMFとの結合
効率が悪くなるなどの欠点があった。
In this conventional example, the core 9 of the propagation optical waveguide is used.
Is a completely buried type optical waveguide, the core 10 of the enlarged spot conversion portion is also completely buried, and the lateral light is confined by defining the width of the core 10. Therefore, this conventional example is suitable for a buried optical waveguide, but it is difficult to apply because the ridge structure has a different shape like an optical switch. There are drawbacks such as a large conversion loss at the time of size conversion, a large propagation loss due to the embedded waveguide, and an extremely flat light power distribution, which deteriorates the coupling efficiency with the SMF.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
はこれらの問題を解決し、単一モード性、製作性、スポ
ットサイズ変換損の点などで優れたスポット変換光導波
路を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to solve these problems and to provide a spot conversion optical waveguide excellent in single mode property, manufacturability and spot size conversion loss. is there.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、本発明によるスポット変換光導波路は、小さな
スポットサイズの導波光が伝搬する第1コアを具備する
伝搬用光導波路、導波光のスポットサイズを変換する第
2コアを具備するスポット変換部、および大きなスポッ
トサイズの導波光が伝搬する第3コアを具備する拡大ス
ポット光導波路を具備するスポット変換光導波路におい
て、前記第3コアは薄膜形状であり、前記拡大スポット
光導波路は伝搬する導波光の横方向閉じ込めのためのリ
ッジ構造を有し、前記拡大スポット光導波路における光
のパワーが、深さ方向における光のパワー分布のピーク
値と前記ピーク値の半値との間の少なくとも一部におい
て前記パワー分布の深さ方向の座標による2階微分が正
である、深さ方向における前記パワー分布の半値全幅で
フィッティングしたガウス分布よりも前記パワー分布が
狭い、および前記ピーク値の1/e2 の値とでフィッテ
ィングしたガウス分布の半値全幅よりも前記パワー分布
の前記半値全幅が狭い、のいずれかの分布を有し、かつ
前記拡大スポット光導波路において導波光がほぼ単一モ
ード伝搬することを特徴とする。
In order to achieve the above-mentioned object, a spot conversion optical waveguide according to the present invention is a propagation optical waveguide having a first core through which guided light of a small spot size propagates, In a spot conversion optical waveguide including a spot conversion unit having a second core for converting a spot size and an enlarged spot optical waveguide having a third core through which guided light having a large spot size propagates, the third core is a thin film. The expanded spot optical waveguide has a ridge structure for laterally confining propagating guided light, and the power of light in the expanded spot optical waveguide is a peak value of the power distribution of light in the depth direction. The second-order differential according to the depth-direction coordinate of the power distribution is positive in at least a part between the half value of the peak value and the depth direction. Gaussian the power distribution than narrow of fitting full width at half maximum of definitive the power distribution, and the full width at half maximum of the power distribution than the full width at half maximum of the Gaussian distribution of fitting in with the value of 1 / e 2 of the peak value It is characterized in that it has a narrow distribution, and that the guided light propagates in a substantially single mode in the enlarged spot optical waveguide.

【0018】ここで、前記リッジ構造が前記第3コア上
に形成された上部クラッドからなってもよく、前記リッ
ジ構造が下部クラッド上に形成された第3コアと該第3
コア上に形成された上部クラッドからなってもよい。
Here, the ridge structure may include an upper clad formed on the third core, and the ridge structure has a third core formed on a lower clad and the third core.
It may consist of an upper clad formed on the core.

【0019】前記リッジ構造の側面にさらにサイドクラ
ッドを有してもよい。
A side cladding may be further provided on a side surface of the ridge structure.

【0020】前記スポット変換部の前記第2コアの厚み
と幅の少なくとも一方が導波路先端部に向かって変化し
てもよい。
At least one of the thickness and the width of the second core of the spot conversion portion may change toward the tip of the waveguide.

【0021】前記第1コアおよび前記第2コアが前記第
3コアと積層されていてもよく、前記第1コアおよび第
2コアと前記第3コアの間に少なくとも一層の半導体層
が設けられていてもよい。
The first core and the second core may be laminated with the third core, and at least one semiconductor layer is provided between the first core and the second core and the third core. May be.

【0022】前記第1コア、第2コアおよび第3コアが
共通の下部クラッドの同一平面上に形成されていてもよ
い。
The first core, the second core, and the third core may be formed on the same plane of a common lower clad.

【0023】前記第2コアの底面が前記第1コアの底面
より上方に配置されていても、あるいは第2コアの厚み
方向の中心を第1コアの厚み方向の中心より上方に配置
させてもよく、少なくとも第2コアの上方に薄膜状の第
4コアを設けてもよい。
The bottom surface of the second core may be arranged above the bottom surface of the first core, or the center of the second core in the thickness direction may be arranged above the center of the first core in the thickness direction. Of course, a thin film-shaped fourth core may be provided at least above the second core.

【0024】[0024]

【作用】本発明によれば、拡大スポット光導波路の構成
として厚みの薄いコアで光を上下に閉じ込め、横方向に
はリッジ構造で閉じ込めているため、横方向への光のし
みだしが少なく、その結果、スポットサイズの大きな単
一モード光導波路を実現できる。スポット変換部のコア
の厚みを薄くした構造においては、スポットサイズの変
換時の変換損失が特に少なく、さらに拡大スポット導波
路にリッジ構造を有しているため、リッジ構造を具備す
る導波路形光デバイスに適用した場合に、製作性がよい
とともにスポットサイズ変換損を小さくできるという利
点がある。
According to the present invention, since light is confined vertically by a thin core as a structure of an enlarged spot optical waveguide and confined in a lateral direction by a ridge structure, light leakage in the lateral direction is small, As a result, a single mode optical waveguide having a large spot size can be realized. In the structure in which the core thickness of the spot conversion unit is thin, the conversion loss during conversion of the spot size is particularly small, and since the enlarged spot waveguide has the ridge structure, the waveguide type optical device having the ridge structure is used. When applied to a device, there are advantages that the manufacturability is good and the spot size conversion loss can be reduced.

【0025】さらに、第2コアを伝搬する光の界分布の
中心と第1コアを伝搬する光の界分布の中心を厚み方向
において一致させることができるので、第2コア部と第
1コア部の接続部におけるコアの厚み方向における軸ず
れに起因する接続損失を低減することができ、あるい
は、第2コアを伝搬する光の界分布の中心と、第3コア
および第4コアを伝搬する光の界分布の中心を一致させ
ることができるので、第2コア部と、第3コア部および
第4コア部のコアの厚み方向における軸ずれに起因する
接続損失を低減することができるという利点がある。
Furthermore, since the center of the field distribution of the light propagating through the second core and the center of the field distribution of the light propagating through the first core can be made to coincide with each other in the thickness direction, the second core portion and the first core portion can be made. Connection loss due to axial misalignment in the thickness direction of the core at the connection part of the above, or the center of the field distribution of the light propagating in the second core and the light propagating in the third core and the fourth core. Since the centers of the field distribution can be made to coincide with each other, it is possible to reduce the connection loss due to the axial deviation of the second core portion and the cores of the third core portion and the fourth core portion in the thickness direction. is there.

【0026】[0026]

【実施例】以下に図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

【0027】まず、本発明の原理を説明するために、本
発明によるスポット変換光導波路の一例における拡大ス
ポット光導波路の断面構造と光のパワー分布(F)、お
よび横方向座標に対する等価屈折率の分布をそれぞれ図
1(A),(B)に示す。図中、14はリッジ状のIn
Pクラッド(屈折率3.17)、15はInGaAsP
コア(バンドギャップ波長=1.1μm、屈折率=3.
28)、16はInPクラッドである。本発明の特徴の
1つは、コアの厚みを薄くすることにより、光のパワー
のコア内への閉じ込め率(Γファクタ)を小さくするこ
とである。従って、リッジの幅、即ちInPクラッド1
4の幅は10μmと広いが、InGaAsPコア15の
厚みは0.08μm程度と薄いので、InPクラッド1
4が存在する領域以外のInGaAsPコア15への導
波モードのしみだしは無視できるほど小さい。その結
果、この領域の等価屈折率はほぼInPクラッド16の
屈折率となる。一方、前述のようにInGaAsPコア
15の厚みは極めて薄く、コアへのΓファクタは小さい
ので、リッジ部の等価屈折率はやはり低い。つまり、図
1中に示したように、横方向の屈折率差Δnは図44と
図45に示した従来例と比較して小さくなる。その結
果、リッジ幅が10μmと広い場合にも従来例では困難
であった単一モード伝搬を実現できることになる。
First, in order to explain the principle of the present invention, the cross-sectional structure of the enlarged spot optical waveguide in one example of the spot conversion optical waveguide according to the present invention, the light power distribution (F), and the equivalent refractive index with respect to the lateral coordinate are shown. The distributions are shown in FIGS. 1 (A) and 1 (B), respectively. In the figure, 14 is a ridge-shaped In
P-clad (refractive index 3.17), 15 is InGaAsP
Core (bandgap wavelength = 1.1 μm, refractive index = 3.
28) and 16 are InP clads. One of the characteristics of the present invention is to reduce the confinement rate (Γ factor) of the optical power in the core by reducing the thickness of the core. Therefore, the width of the ridge, that is, the InP clad 1
Although the width of 4 is as wide as 10 μm, the thickness of the InGaAsP core 15 is as thin as about 0.08 μm.
Extrusion of the guided mode to the InGaAsP core 15 other than the region where 4 exists is so small that it can be ignored. As a result, the equivalent refractive index of this region is almost the same as that of the InP clad 16. On the other hand, as described above, the thickness of the InGaAsP core 15 is extremely thin and the Γ factor to the core is small, so that the equivalent refractive index of the ridge portion is also low. That is, as shown in FIG. 1, the refractive index difference Δn in the lateral direction is smaller than that in the conventional example shown in FIGS. As a result, even when the ridge width is as wide as 10 μm, it is possible to realize single mode propagation, which was difficult in the conventional example.

【0028】なお、図2には本発明の導波光のパワー分
布(実線)、およびピーク値とその半値でフィッティン
グした従来例のガウス分布(点線)を示す。本発明では
コア15からクラッド14,16への光のしみだしが多
いため、深さ方向における光のパワー分布のピーク値と
その半値との間において、パワー分布のピーク近傍以外
では、深さ方向の座標による導波光のパワー分布の2階
微分が正となっている。また導波光のパワー分布の半値
全幅でフィッティングしたガウス分布よりも導波光のパ
ワー分布が狭いことがわかる。さらに図3に示すように
導波光のピーク値の1/e2 の値とでフィッティングし
たガウス分布(点線)の半値全幅よりも導波光のパワー
分布(実線)の半値全幅が狭いことがわかる。このよう
な界分布の形状の違いは、InGaAsPコア15の厚
さが0.7μm以下で生じ、本発明による顕著なスポッ
ト変換特性を示す。ただし、コア15が薄すぎると光の
閉じ込め効率が小さくなり、極端な場合には導波不能と
なる。
FIG. 2 shows the power distribution of the guided light of the present invention (solid line) and the Gaussian distribution (dotted line) of the conventional example fitted with the peak value and its half value. In the present invention, since a large amount of light leaks from the core 15 to the claddings 14 and 16, between the peak value of the power distribution of light in the depth direction and the half value thereof, except in the vicinity of the peak of the power distribution, the depth direction The second derivative of the power distribution of the guided light according to the coordinates is positive. Also, it can be seen that the power distribution of the guided light is narrower than the Gaussian distribution fitted with the full width at half maximum of the power distribution of the guided light. Further, as shown in FIG. 3, it is found that the full width at half maximum of the power distribution of the guided light (solid line) is narrower than the full width at half maximum of the Gaussian distribution (dotted line) fitted with the value of 1 / e 2 of the peak value of the guided light. Such a difference in the shape of the field distribution occurs when the thickness of the InGaAsP core 15 is 0.7 μm or less, and shows a remarkable spot conversion characteristic according to the present invention. However, if the core 15 is too thin, the light confinement efficiency becomes small, and in extreme cases, it becomes impossible to guide light.

【0029】図1の例について説明したように、本発明
ではコア15が薄いため、コア15への光のΓファクタ
が小さく、図1の例ではリッジ部以外のコアへの光のし
みだしが極めて小さかった。従って、図1の例におい
て、リッジの横にあるコアをなくしてもよいことにな
る。つまり、本発明においては、リッジの横にあるコア
をエッチング除去してもよい。その場合の断面構造と横
方向座標に対する等価屈折率の分布をそれぞれ図4
(A),(B)に示す。図からわかるように、横方向座
標に対する等価屈折率の分布は図1の例とほとんど同じ
であり、その結果、導波光のパワー分布も図1の例とほ
ぼ同じとなる単一モード光導波路を実現できる。
As described with reference to the example of FIG. 1, since the core 15 is thin in the present invention, the Γ factor of light to the core 15 is small, and in the example of FIG. 1, light leaks out to the core other than the ridge portion. It was extremely small. Therefore, in the example of FIG. 1, the core beside the ridge may be eliminated. That is, in the present invention, the core adjacent to the ridge may be removed by etching. The cross-sectional structure and the distribution of the equivalent refractive index with respect to the horizontal coordinate in that case are shown in FIG.
Shown in (A) and (B). As can be seen from the figure, the distribution of the equivalent refractive index with respect to the abscissa is almost the same as the example of FIG. 1, and as a result, the power distribution of the guided light is almost the same as that of the example of FIG. realizable.

【0030】(実施例1)ここで、光機能部が光位相変
調器を構成する場合を例にとって本発明のスポット変換
光導波路の製造手順を述べ、その説明の中で本発明の構
造について述べる。
(Embodiment 1) Here, the manufacturing procedure of the spot conversion optical waveguide of the present invention will be described, taking as an example the case where the optical function section constitutes an optical phase modulator, and the structure of the present invention will be described in the description. .

【0031】図5に本発明の第1の実施例の斜視図を、
図6にそのB−B′における断面図を示す。簡単のた
め、光機能部として光位相変調器の場合を示す。図中、
Iが光位相変調器部、IIは伝搬用光導波路、III はスポ
ット変換部、IVは拡大スポット光導波路である。21は
p側電極、22はInGaAsキャップ層、23はp−
InPクラッド、24はi−InPサイドクラッド、2
5は例えばi−InGaAlAs(ウェル)/InAl
As(バリア)多重量子井戸(MultipleQua
ntum Well:MQW)であり、ウェル厚を9n
m、バリア厚を5nmとすると、エキシトンピーク波長
が1.44μmとなり、1.55μmでの動作に適して
いる。またMQW層25の厚みは0.4μm程度であ
る。MQW層25はスポット変換部III ではテーパ状と
なっている。26はスポット変換光導波路の共通コアで
あり、例えばバンドギャップ波長λgが1.1μmのi
−InGaAsP層であり厚みは0.08μmである。
なお、コア26はn−InGaAsPでもよく、MQW
層25と同組成の積層でもよく、さらに異なった材料を
積層して屈折率を調整した多層構成でもよい。27はn
−InPクラッド、28はn−InP基板、29はn側
電極、30はスポット変換部および拡大スポット光導波
路のクラッドであり、ここではp−InPを用いている
がi−InPでもよい。Fは導波光の界分布を示す。
FIG. 5 is a perspective view of the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 shows a sectional view taken along the line BB '. For simplicity, the case of an optical phase modulator as an optical function unit is shown. In the figure,
I is an optical phase modulator, II is a propagation optical waveguide, III is a spot converter, and IV is an enlarged spot optical waveguide. 21 is a p-side electrode, 22 is an InGaAs cap layer, and 23 is p-
InP clad, 24 is i-InP side clad, 2
5 is, for example, i-InGaAlAs (well) / InAl
As (Barrier) Multiple Quantum Well (MultipleQua)
nTum Well: MQW) and the well thickness is 9n
m, and the barrier thickness is 5 nm, the exciton peak wavelength is 1.44 μm, which is suitable for operation at 1.55 μm. The thickness of the MQW layer 25 is about 0.4 μm. The MQW layer 25 is tapered in the spot conversion part III. 26 is a common core of the spot conversion optical waveguide, for example, i having a bandgap wavelength λg of 1.1 μm.
The InGaAsP layer has a thickness of 0.08 μm.
The core 26 may be n-InGaAsP, and MQW
The layer 25 may have the same composition as the layer 25, or may have a multilayer structure in which different materials are laminated to adjust the refractive index. 27 is n
-InP clad, 28 is an n-InP substrate, 29 is an n-side electrode, 30 is a clad for the spot conversion portion and the enlarged spot optical waveguide. Here, p-InP is used, but i-InP may be used. F indicates the field distribution of the guided light.

【0032】図6には図5のB−B′における断面図を
示す。導波光の界分布、すなわちスポットサイズは光位
相変調器部Iおよび伝搬用光導波路部IIのF1 から、ス
ポット変換部III におけるF2 、さらに拡大スポット光
導波路IVのF3 へと拡大される。
FIG. 6 is a sectional view taken along line BB 'in FIG. Field distribution of guided light, that is, from F 1 spot size optical phase modulator section I and propagation optical waveguide section II, is expanded to F 2, further enlarged spot waveguide IV of F 3 in the spot conversion section III .

【0033】図5からわかるように、光位相変調器部I
と伝搬用光導波路部IIにおいて、光導波路は埋め込み形
ではなく、リッジ形である。図7は本発明の第1の実施
例の製造工程を説明する図である。n−InP基板28
の上にn−InPクラッド27,i−InGaAsP共
通コア26、i−MQWコア25を堆積する(この時、
i−MQW層25を保護するとともに、後に述べるIn
P再成長を容易にするためにi−MQW層25の上に薄
いi−InP層を堆積していてもよい)。その上にフォ
トレジスト31を全面にスピンコートしたのち、図7の
ようにパターニングする(この時、上面から見ると図5
から容易に類推できるようにフォトレジストはスポット
変換部III においてテーパ状にパターニングされてい
る)。その後、i−MQW層25を図5に示したような
テーパ状にドライエッチングし、フォトレジストを除去
する。図8はこの時の横断面図である。
As can be seen from FIG. 5, the optical phase modulator section I
In the propagation optical waveguide section II, the optical waveguide is not a buried type but a ridge type. FIG. 7 is a diagram for explaining the manufacturing process of the first embodiment of the present invention. n-InP substrate 28
An n-InP clad 27, an i-InGaAsP common core 26, and an i-MQW core 25 are deposited on this (at this time,
In addition to protecting the i-MQW layer 25, In described later
A thin i-InP layer may be deposited over the i-MQW layer 25 to facilitate P regrowth). A photoresist 31 is spin-coated on the entire surface, and then patterned as shown in FIG. 7 (at this time, when viewed from above, FIG.
The photoresist is tapered in the spot conversion part III so that it can be easily inferred. Then, the i-MQW layer 25 is dry-etched into a tapered shape as shown in FIG. 5 to remove the photoresist. FIG. 8 is a transverse sectional view at this time.

【0034】ここで説明している長波長系半導体の場合
には、硫酸系のエッチャントを用いることにより、i−
InGaAlAsウェルとi−InAlAsバリアをエ
ッチングし、i−InPでエッチングを止めることがで
きる(選択エッチング技術という)。従って、i−MQ
W層25とi−InGaAsP層26の間に5nmか1
0nm程度のi−InP層を入れておけば、これをエッ
チストップ層として機能させ、スポット変換部のi−M
QW層をテーパ状に加工できる。また、同様に、スポッ
ト変換部のコア26もテーパ状に加工できる。
In the case of the long-wavelength semiconductor described here, by using a sulfuric acid-based etchant, i-
It is possible to etch the InGaAlAs well and the i-InAlAs barrier and stop the etching with i-InP (referred to as selective etching technique). Therefore, i-MQ
5 nm or 1 between the W layer 25 and the i-InGaAsP layer 26
If an i-InP layer with a thickness of about 0 nm is inserted, it will function as an etch stop layer, and the i-M of the spot converter will be formed.
The QW layer can be processed into a tapered shape. Further, similarly, the core 26 of the spot converting portion can be processed into a tapered shape.

【0035】次の製作工程を図9に示している。ここで
は特開平5ー82909号公報に開示されている領域選
択成長技術を用いることとする。図9は、領域選択成長
用のSiO2 マスク32を図8のチップに形成した場合
の上面図である。領域選択成長においては、SiO2
スク32のない場所に付着した原料原子はそのまま成長
に寄与するが、SiO2 マスク上に来た原料原子はSi
2 マスクの上には付着せず、SiO2 マスクのない場
所へと移動する。従って、図9のように、光位相変調器
部Iと伝搬用光導波路部IIにはSiO2 マスクがなく、
スポット変換部III および拡大スポット光導波路IVには
SiO2 マスク32を形成していると、光位相変調器部
Iと伝搬用光導波路部IIのInPクラッド23の厚みよ
りも、スポット変換部III および拡大スポット光導波路
IVのInPクラッド30の厚みを数倍厚く形成できる。
つまり、光位相変調器部Iと伝搬用光導波路部IIでのI
nPクラッド23の厚みを1.5μmとすると、スポッ
ト変換部III および拡大スポット光導波路IVではその厚
みを4.5〜6μmとすることができる。スポット変換
部III から拡大スポット光導波路IVにかけての素子先端
部においては、導波光のスポットサイズが約5μm程度
と大きいので、厚いクラッドが必要となるが、この製造
方法により形成可能である。なお、最後のリッジ加工は
ドライエッチングあるいはウエットエッチングにより行
う。
The next fabrication process is shown in FIG. Here, the area selective growth technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-82909 is used. FIG. 9 is a top view when the SiO 2 mask 32 for selective growth is formed on the chip of FIG. In the selective region growth, the source atoms attached to the place without the SiO 2 mask 32 contribute to the growth as they are, but the source atoms coming on the SiO 2 mask are Si.
It does not adhere to the O 2 mask and moves to a place without the SiO 2 mask. Therefore, as shown in FIG. 9, there is no SiO 2 mask in the optical phase modulator I and the propagation optical waveguide II,
When the SiO 2 mask 32 is formed on the spot conversion section III and the enlarged spot optical waveguide IV, the spot conversion section III and the InP clad 23 of the optical phase modulator section I and the propagation optical waveguide section II have a thickness smaller than that of the spot conversion section III. Expanded spot optical waveguide
The IV InP clad 30 can be formed to be several times thicker.
That is, I in the optical phase modulator I and the optical waveguide II for propagation
If the thickness of the nP clad 23 is 1.5 μm, the thickness can be 4.5 to 6 μm in the spot converter III and the enlarged spot optical waveguide IV. At the tip of the element from the spot conversion section III to the enlarged spot optical waveguide IV, the spot size of the guided light is as large as about 5 μm, so a thick clad is required, but it can be formed by this manufacturing method. The final ridge processing is performed by dry etching or wet etching.

【0036】さて、本実施例の動作について説明する。
まず、図5を用いてi−InPサイドクラッド24の役
目について簡単に説明する。導波光はInPクラッド2
3の直下のコア近傍を伝搬するが、この時導波光はコア
の上下にも漏れている。サイドクラッド24が薄いとI
nPクラッド23がない場所では導波光は空気の低い屈
折率(1.0)を感じ、その場所の等価屈折率は下が
る。一方、p−InPクラッド23がある場所ではコア
の上に漏れた光はその屈折率(3.17)を感じるた
め、等価屈折率が高くなり、横方向の光閉じ込めが可能
となる。ここで拡大スポット光導波路IVではコアはi−
InGaAsp層26の薄い層(ここでは0.08μm
としている)のみとなり、界分布は上下に大きく広が
る。この領域はInPクラッド30の幅が広いので、単
一モード伝搬を実現するためには、横方向における屈折
率差を小さくする必要がある。そこで、図5においては
スポット変換部および拡大スポット光導波路のサイドク
ラッド24′の厚みを例えば0.5μmとし、領域I,
IIでのサイドクラッドの厚み(例えば0.1μm)より
も厚くしている。
Now, the operation of this embodiment will be described.
First, the role of the i-InP side cladding 24 will be briefly described with reference to FIG. Guided light is InP clad 2
Although it propagates in the vicinity of the core immediately below 3, the guided light also leaks above and below the core. I if the side cladding 24 is thin
In the place where the nP clad 23 is not present, the guided light feels the low refractive index (1.0) of air, and the equivalent refractive index in that place decreases. On the other hand, in the place where the p-InP clad 23 is present, the light leaked onto the core feels its refractive index (3.17), so that the equivalent refractive index becomes high and the lateral light confinement becomes possible. Here, in the enlarged spot optical waveguide IV, the core is i-
A thin layer of InGaAsp layer 26 (here, 0.08 μm)
And)), and the field distribution spreads up and down. Since the InP clad 30 has a large width in this region, it is necessary to reduce the difference in refractive index in the lateral direction in order to realize single mode propagation. Therefore, in FIG. 5, the thickness of the side clad 24 ′ of the spot converter and the enlarged spot optical waveguide is set to, for example, 0.5 μm, and the region I,
It is thicker than the thickness of the side clad in II (for example, 0.1 μm).

【0037】さて、本実施例では図6に示すように、光
機能部I,伝搬用光導波路部IIを伝搬してきた導波光F
1 はスポット変換部III に入射する。スポット変換部II
I においてコアの幅がテーパ状に細くなっているためF
2 として示すように光の閉じ込めが緩くなり、スポット
サイズが左右のみならず上下方向にも大きくなるととも
に最終的に放射される。この放射された光は共通コア2
6により上下方向に閉じ込められる。コアを薄くする
と、導波光の上下方向のコアへの閉じ込めが緩くなり、
その結果、F3 のように拡大される。図10に共通コア
26の厚みとスポットサイズの厚み方向の大きさの関係
を示す。図10に示すように導波光の上下方向のスポッ
トサイズを光位相変調器部や伝搬用光導波路部のものと
比較して大幅に拡大できる。一方、横方向のスポットサ
イズは図11に示すように、スポット変換部および拡大
スポット光導波路におけるリッジのクラッドの幅Wsを
伝搬用光導波路のクラッドの幅Wpと比較して、広くす
ることにより極めて大きく拡大できる(図5ではWsを
14μm程度とした)。なお、スポット変換部および拡
大スポット光導波路のリッジの幅は図5に示すように導
波路先端部に向かってテーパ状に広げてもよいし、一定
でもよい。
In this embodiment, as shown in FIG. 6, the guided light F propagating through the optical function part I and the propagation optical waveguide part II.
1 enters the spot converter III. Spot converter II
At I, the width of the core is tapered, so F
As shown by 2 , the confinement of light becomes loose, and the spot size is increased not only in the left and right but also in the vertical direction, and finally emitted. This emitted light is common core 2
It is confined vertically by 6. When the core is made thin, the confinement of guided light in the vertical direction becomes loose,
As a result, it is enlarged like F 3 . FIG. 10 shows the relationship between the thickness of the common core 26 and the spot size in the thickness direction. As shown in FIG. 10, the spot size in the vertical direction of the guided light can be greatly enlarged as compared with that of the optical phase modulator section or the propagation optical waveguide section. On the other hand, as shown in FIG. 11, the lateral spot size is extremely widened by making the width Ws of the clad of the ridge in the spot converter and the expanded spot optical waveguide wider than the width Wp of the clad of the propagation optical waveguide. It can be greatly enlarged (Ws is set to about 14 μm in FIG. 5). The width of the ridge of the spot conversion section and the enlarged spot optical waveguide may be tapered toward the tip of the waveguide as shown in FIG. 5, or may be constant.

【0038】このように、本実施例ではスポット変換部
および拡大スポット光導波路がリッジ構造であるため、
光機能部がリッジ構造を有する光デバイスと構造上同じ
であるという点で製作性がよく、また界分布の形状の類
似性から伝搬用光導波路部とスポット変換部を介して拡
大スポット光導波路と結合する際結合特性がよいという
利点を有しつつ、大きなスポットを実現できる。その結
果、単一モード光ファイバとの結合についても低損失で
あるとともに軸ずれのトレランスも大きく、接続を容易
に行うことができる。
As described above, in this embodiment, since the spot converter and the enlarged spot optical waveguide have the ridge structure,
It has good manufacturability in that the optical function part is structurally the same as the optical device having the ridge structure, and because of the similarity in the shape of the field distribution, it is possible to use the propagation optical waveguide part and the spot conversion part as an enlarged spot optical waveguide. It is possible to realize a large spot while having the advantage that the bonding property is good at the time of bonding. As a result, the coupling with the single-mode optical fiber has a low loss and the tolerance of the axis deviation is large, and the connection can be easily performed.

【0039】なお、本実施例ではスポット変換部のテー
パ部の厚みを変えずに幅のみを細くしたが、同時に厚み
を薄くしてもよい。また、厚みを薄くするとともに幅を
広げてもよい。さらに、図5ではスポット変換部のテー
パは素子端面に達する前に打ち切っているが、導波光の
スポットサイズがファイバのスポットサイズに合うよう
に設計すれば、MQWコア25はテーパ状に細くして素
子端面に達するまで存在してもよいことは言うまでもな
い。
In this embodiment, the width of the taper portion of the spot converting portion is not changed and only the width is reduced, but the thickness may be reduced at the same time. Further, the width may be widened while reducing the thickness. Further, in FIG. 5, the taper of the spot conversion portion is cut off before reaching the element end surface. However, if the spot size of the guided light is designed to match the spot size of the fiber, the MQW core 25 is tapered. It goes without saying that it may exist until reaching the end face of the element.

【0040】さらに、上記の説明では伝搬用光導波路部
の小さなスポットを大きなスポットに変換する方法につ
いて説明したが、光の入出射を入れ換え、図5の右側か
ら大きなスポットを入射させれば、単一モード光ファイ
バの大きなスポットを小さなスポットに変換し、光スイ
ッチや光変調などの機能を行った後に再びスポットを大
きくし、単一モード光ファイバに結合させることができ
る。よって、導波路形光スイッチのように光の入出力部
を有する光デバイスの両側に本実施例のスポット変換光
導波路を形成することにより、容易に単一モード光ファ
イバを接続したモジュールを製作できることになる。
Furthermore, in the above description, the method of converting a small spot in the propagation optical waveguide portion into a large spot has been described. However, if the incident light and the outgoing light are exchanged and the large spot is made incident from the right side of FIG. It is possible to convert a large spot of a single-mode optical fiber into a small spot, perform a function such as an optical switch and an optical modulation, and then enlarge the spot again to be coupled to the single-mode optical fiber. Therefore, by forming the spot conversion optical waveguide of this embodiment on both sides of an optical device having a light input / output unit such as a waveguide type optical switch, a module to which a single mode optical fiber is connected can be easily manufactured. become.

【0041】なお、実験の結果、光の出射側については
拡大スポット光導波路が単一モードでなくても単一モー
ド光ファイバの結合効率は比較的高いことを確認してい
るので、図5においてスポット変換部および拡大スポッ
ト光導波路のサイドクラッドの厚み(上の説明では0.
5μmとした)は光伝搬部のサイドクラッドの厚み(上
の説明では0.1μmとした)と同じにしてもよい。
As a result of the experiment, it is confirmed that the coupling efficiency of the single mode optical fiber is relatively high on the light emitting side even if the expanded spot optical waveguide is not the single mode. The thickness of the side cladding of the spot converter and the enlarged spot optical waveguide (0.
5 μm) may be the same as the thickness of the side cladding of the light propagating portion (0.1 μm in the above description).

【0042】(実施例2)図12は本発明の第2の実施
例である。本実施例ではスポット変換部のコア25の厚
みを単に徐々に薄くすることにより、スポットを上下に
拡大している。本実施例ではスポットの横方向の拡大を
リッジ30の幅のみで行っているため、実施例1ほどの
効果はないが、光機能部の小さなスポットを大きなスポ
ットに変換できる。また、リッジ30の幅はテーパ状に
広げてもよいし、一定でもよい。
(Embodiment 2) FIG. 12 shows a second embodiment of the present invention. In the present embodiment, the spot is expanded vertically by merely gradually reducing the thickness of the core 25 of the spot conversion unit. In this embodiment, the lateral expansion of the spot is performed only by the width of the ridge 30. Therefore, although the effect is not as great as that of the first embodiment, a small spot of the optical function portion can be converted into a large spot. Further, the width of the ridge 30 may be widened in a tapered shape or may be constant.

【0043】(実施例3)図13に本発明の第3の実施
例の斜視図を、図14にそのB−B′における断面図を
示す。本実施例と図5に示した第1の実施例との主要な
相違点は、スポット変換部III および 拡大スポット光
導波路IVにおける 共通コア26およびクラッド30の
形状である。第1の実施例においては共通コア26はn
−InPクラッド27の全面に形成され、クラッド30
はリッジ部以外においても共通コア26上に形成されて
いた。本実施例においては共通コア26およびクラッド
30がリッジを形成している。使用される材料系につい
ては、実施例1で述べたとおりである。
(Embodiment 3) FIG. 13 shows a perspective view of a third embodiment of the present invention, and FIG. 14 shows a sectional view taken along line BB '. The main difference between this embodiment and the first embodiment shown in FIG. 5 is the shapes of the common core 26 and the clad 30 in the spot converter III and the enlarged spot optical waveguide IV. In the first embodiment, the common core 26 is n
-InP clad 27 is formed on the entire surface and clad 30
Was formed on the common core 26 also in areas other than the ridge portion. In this embodiment, the common core 26 and the clad 30 form a ridge. The material system used is as described in Example 1.

【0044】本実施例の製作工程は、第1の実施例につ
いて説明した方法と、図7および図9の工程までは同様
である。この場合も、図9に示すように領域選択成長技
術用のSiO2 マスク32を形成する。
The manufacturing process of this embodiment is the same as the method described in the first embodiment up to the process of FIGS. 7 and 9. Also in this case, the SiO 2 mask 32 for the area selective growth technique is formed as shown in FIG.

【0045】先に説明したように、図9のように、光位
相変調器部Iと伝搬用光導波路部IIにはSiO2 マスク
がなく、スポット変換部III および拡大スポット光導波
路IVにはSiO2 マスク32を形成しておけば、領域選
択成長により、光位相変調器部Iと伝搬用光導波路部II
のInPクラッド23の厚みよりも、スポット変換部II
I と拡大スポット光導波路IVのInPクラッド30の厚
みを数倍厚く形成できる。つまり、伝搬用光導波路部で
のInPクラッド23の厚みを1.5μmとすると、ス
ポット変換部と拡大スポット光導波路では4.5〜6μ
mとすることができる。スポット変換部III と拡大スポ
ット光導波路IVにおいては、導波光のスポットサイズが
約5μm程度と大きいので、厚いクラッドが必要となる
が、この製造方法により形成可能である。なお、最後の
リッジ加工はドライエッチングあるいはウエットエッチ
ングにより行う。その後、リッジの外側のi−InGa
AsP層26を硫酸系のエッチャントで除去してもよい
し、あるいはSiO2 マスク32の下のi−InGaA
sP層26はマスク32を堆積する前に除去しておけ
ば、スポット変換部についてはリッジの幅を領域選択成
長技術で形成できるため、後のi−InGaAsP層2
6のエッチング工程が不要となる。
As described above, as shown in FIG. 9, the optical phase modulator section I and the propagation optical waveguide section II have no SiO 2 mask, and the spot conversion section III and the enlarged spot optical waveguide IV have SiO 2. If the two masks 32 are formed, the optical phase modulator portion I and the propagation optical waveguide portion II can be formed by the area selective growth.
Than the thickness of the InP cladding 23 of
I and the InP clad 30 of the enlarged spot optical waveguide IV can be formed to be several times thicker. That is, assuming that the thickness of the InP clad 23 in the propagation optical waveguide section is 1.5 μm, the spot conversion section and the enlarged spot optical waveguide have 4.5 to 6 μm.
It can be m. In the spot converter III and the enlarged spot optical waveguide IV, since the spot size of the guided light is as large as about 5 μm, a thick clad is required, but this can be formed by this manufacturing method. The final ridge processing is performed by dry etching or wet etching. Then, i-InGa outside the ridge
The AsP layer 26 may be removed with a sulfuric acid-based etchant, or the i-InGaA under the SiO 2 mask 32 may be removed.
If the sP layer 26 is removed before depositing the mask 32, the width of the ridge can be formed in the spot conversion portion by a region selective growth technique.
The etching process of 6 becomes unnecessary.

【0046】さて、本実施例の動作について説明する。
まず、図13を用いて光位相変調器部Iや伝搬用光導波
路部IIにおけるi−InPサイドクラッド24の役目に
ついて簡単に説明する。導波光はInPクラッド23の
直下のコア近傍を伝搬するが、この時導波光はコアの上
下にも漏れている。サイドクラッド14が薄いとInP
クラッド23がない場所では導波光は空気の低い屈折率
(1.0)を感じその場所の等価屈折率は下がる。一
方、p−InPクラッド13がある場所ではコアの上に
漏れた光はその屈折率(3.17)を感じるため、等価
屈折率が高くなり、横方向の光閉じ込めが可能となる。
Now, the operation of this embodiment will be described.
First, the role of the i-InP side cladding 24 in the optical phase modulator section I and the propagation optical waveguide section II will be briefly described with reference to FIG. The guided light propagates near the core immediately below the InP clad 23, but at this time, the guided light also leaks above and below the core. InP when the side cladding 14 is thin
In the place where the cladding 23 is not present, the guided light feels the low refractive index (1.0) of air, and the equivalent refractive index in that place is lowered. On the other hand, in the place where the p-InP clad 13 is present, the light leaked onto the core feels its refractive index (3.17), so that the equivalent refractive index becomes high and the lateral light confinement becomes possible.

【0047】本実施例では図14に示すように、光位相
変調器部I,伝搬用光導波路部IIを伝搬してきた導波光
(F1 )はスポット変換部III に入射する。スポット変
換部III においてコアの幅がテーパ状に細くなっている
ため光の閉じ込めが緩くなり、スポットサイズが左右の
みならず上下方向にも大きくなる(F2 )とともに最終
的に放射される。この放射された光は共通コア26によ
り上下方向に閉じ込められる。コアを薄くすると、導波
光の上下方向のコアへの閉じ込めが緩くなり、その結
果、スポットサイズが拡大される(F3 )。図15に本
実施例における拡大スポット光導波路のコアの厚みと厚
み方向のスポットサイズの関係を示す。図15に示すよ
うに導波光の上下方向のスポットサイズを光位相変調器
部や伝搬用光導波路部(これらの部分における上下方向
のスポットサイズは約0.3μm程度)のものと比較し
て大幅に拡大できる。一方、横方向のスポットサイズは
図16に示すように、スポット変換部におけるリッジの
クラッドの幅Wsを伝搬用光導波路部のクラッドの幅W
p(2μm程度)と比較して、広くすることにより極め
て大きく拡大できる(図13ではWsを10μmとし
た)。
In this embodiment, as shown in FIG. 14, the guided light (F 1 ) propagated through the optical phase modulator section I and the propagation optical waveguide section II enters the spot conversion section III. Since the width of the core is tapered in the spot conversion section III, the light confinement is loosened, and the spot size is increased not only in the left and right but also in the vertical direction (F 2 ) and finally emitted. The emitted light is vertically confined by the common core 26. When the core is made thin, the confinement of guided light to the core in the vertical direction becomes loose, and as a result, the spot size is enlarged (F 3 ). FIG. 15 shows the relationship between the thickness of the core of the enlarged spot optical waveguide and the spot size in the thickness direction in this example. As shown in FIG. 15, the vertical spot size of the guided light is significantly larger than that of the optical phase modulator section or the propagation optical waveguide section (the vertical spot size of these sections is about 0.3 μm). Can be expanded to. On the other hand, as for the lateral spot size, as shown in FIG. 16, the width Ws of the clad of the ridge in the spot converter is the width W of the clad of the optical waveguide portion for propagation.
Compared with p (about 2 μm), the width can be made extremely large (Ws is set to 10 μm in FIG. 13).

【0048】このように、本実施例ではスポット変換部
および拡大スポット光導波路がリッジ構造であるため、
光機能部がリッジ構造を有する光デバイスと構造上同じ
であるという点で製作性がよく、また界分布の形状の類
似性から伝搬用光導波路部とスポット変換部および拡大
スポット光導波路との結合特性がよいという利点を有し
つつ、大きなスポットを実現できる。その結果、単一モ
ード光ファイバ(スポットサイズは約4μm)との結合
についても図17に示すように低損失である。さらにス
ポットサイズが拡大されているので、軸ずれのトレラン
スも大きく、光デバイスとファイバとの接続を容易に行
うことができる。
As described above, in this embodiment, since the spot conversion portion and the enlarged spot optical waveguide have the ridge structure,
Good manufacturability in that the optical function part is structurally the same as the optical device having a ridge structure, and the coupling of the propagation optical waveguide part with the spot conversion part and expanded spot optical waveguide due to the similarity in the shape of the field distribution. A large spot can be realized while having the advantage of good characteristics. As a result, the coupling with a single mode optical fiber (spot size is about 4 μm) also has low loss as shown in FIG. Further, since the spot size is enlarged, the tolerance of the axis deviation is large and the optical device and the fiber can be easily connected.

【0049】図17にスポット変換光導波路の共通コア
の厚みをパラメータとして、単一モード光ファイバとの
結合に際してのリッジのクラッド幅(リッジ幅:Ws)
と結合損失との関係を示す。
FIG. 17 shows the clad width (ridge width: Ws) of the ridge upon coupling with the single-mode optical fiber, using the thickness of the common core of the spot conversion optical waveguide as a parameter.
And the coupling loss.

【0050】(実施例4)第3の実施例のスポット変換
部ではコアはi−InGaAsP層26の薄い層(ここ
では0.08μmとしている)のみとなり、界分布は上
下に大きく広がる。第3の実施例においては、リッジ3
0以外の部分のn−InPクラッド27の直上までエッ
チングしているが、i−InGaAsP層26の厚みは
0.08μm程度と極めて薄いので、導波モードのこの
部分への横方向のしみだしは少ない。従って、本発明の
第4の実施例である図18のようにi−InGaAsP
コア26を残しておいてもよい。
(Embodiment 4) In the spot conversion portion of the third embodiment, the core is only a thin layer of the i-InGaAsP layer 26 (here, 0.08 μm), and the field distribution greatly spreads vertically. In the third embodiment, the ridge 3
Although the portion other than 0 is etched right above the n-InP clad 27, the thickness of the i-InGaAsP layer 26 is as thin as about 0.08 μm, so that the lateral bleeding of the guided mode to this portion is small. Few. Therefore, as shown in FIG. 18, which is the fourth embodiment of the present invention, i-InGaAsP is used.
The core 26 may be left.

【0051】なお、以上の実施例ではスポット変換部に
おけるコア25のテーパ部の厚みを変えずに幅のみを細
くしたが、同時に厚みを薄くしてもよい。また、厚みを
薄くするとともに幅を広げてもよい。さらに、図13の
例ではスポット変換部のテーパは素子端面に達する前に
打ち切っているが、導波光のスポットサイズがファイバ
のスポットサイズに合うように設計すれば、コア25は
テーパ状に細くして素子端面に達するまで存在してもよ
い。この場合の構造を図19に示す。この例ではスポッ
ト変換部III と拡大スポット光導波路IVでコア25は連
続している。
In the above embodiment, only the width of the taper portion of the core 25 in the spot conversion portion is reduced without changing the thickness, but the thickness may be reduced at the same time. Further, the width may be widened while reducing the thickness. Further, in the example of FIG. 13, the taper of the spot conversion portion is cut off before reaching the end face of the element, but if the spot size of the guided light is designed to match the spot size of the fiber, the core 25 is tapered. May exist until the end face of the element is reached. The structure in this case is shown in FIG. In this example, the core 25 is continuous with the spot converter III and the enlarged spot optical waveguide IV.

【0052】上記の説明では伝搬用光導波路部の小さな
スポットを大きなスポットに変換する方法について説明
したが、光の入出射を入れ換え、図13の右側から大き
なスポットを入射させれば、単一モード光ファイバの大
きなスポットを小さなスポットに変換し、光スイッチや
光変調などの機能を行った後に再びスポットを大きく
し、単一モード光ファイバに結合させることができる。
よって、導波路形光スイッチのように光の入出力部を有
する光デバイスの両側に本実施例のスポット変換光導波
路を形成することにより、容易に単一モード光ファイバ
を接続したモジュールを製作できることになる。
In the above description, the method of converting a small spot of the propagation optical waveguide portion into a large spot has been described. However, if the incident light and the outgoing light are exchanged and the large spot is made incident from the right side of FIG. It is possible to convert a large spot of an optical fiber into a small spot, perform a function such as an optical switch and an optical modulation, and then enlarge the spot again to be coupled to a single mode optical fiber.
Therefore, by forming the spot conversion optical waveguide of this embodiment on both sides of an optical device having a light input / output unit such as a waveguide type optical switch, a module to which a single mode optical fiber is connected can be easily manufactured. become.

【0053】(実施例5)図20は本発明の第5の実施
例を示す斜視図である。本実施例ではスポット変換部に
おいてコア25の厚みを単に徐々に薄くすることによ
り、スポットを上下に拡大している。本実施例ではスポ
ットの横方向の拡大をリッジ30の幅のみで行っている
ため、実施例1ほどの効果はないが、光機能部の小さな
スポットを大きなスポットに変換できる。
(Embodiment 5) FIG. 20 is a perspective view showing a fifth embodiment of the present invention. In the present embodiment, the spot is expanded vertically by simply gradually thinning the thickness of the core 25 in the spot converter. In this embodiment, the lateral expansion of the spot is performed only by the width of the ridge 30. Therefore, although the effect is not as great as that of the first embodiment, a small spot of the optical function portion can be converted into a large spot.

【0054】(実施例6)図21は本発明の第6の実施
例を示す斜視図である。本実施例ではスポット変換部の
コア25の幅をテーパ状に細くし界分布を上下・左右方
向に拡大するとともに、コア26を導波路先端部に向か
ってテーパ状に広くすることにより、横方向のスポット
サイズを一層拡大している。
(Sixth Embodiment) FIG. 21 is a perspective view showing a sixth embodiment of the present invention. In this embodiment, the width of the core 25 of the spot conversion portion is tapered to widen the field distribution in the vertical and horizontal directions, and the core 26 is tapered toward the distal end of the waveguide, so that the lateral direction is increased. The spot size has been further expanded.

【0055】(実施例7)図22は本発明の第7の実施
例の斜視図であり、スポット変換部III のコア25の厚
みを導波路先端部に向かって薄くするとともに、拡大ス
ポット光導波路IVのコア26を導波路先端部に向かって
テーパ状に広くすることにより、横方向のスポットサイ
ズを一層拡大している。
(Embodiment 7) FIG. 22 is a perspective view of a seventh embodiment of the present invention, in which the thickness of the core 25 of the spot conversion portion III is reduced toward the tip of the waveguide and the enlarged spot optical waveguide is used. The spot size in the lateral direction is further expanded by widening the IV core 26 in a tapered shape toward the tip of the waveguide.

【0056】なお、図21に示した実施例6と図22に
示した実施例7においては、拡大スポット光導波路のコ
ア26の幅を導波路先端部に向かって広くすることによ
り、スポットを横方向に拡大するとともに、コア26の
幅が大きいため、コア26の幅の製作のトレランスを大
きくできる構造としたが、逆に、導波路先端部に向かっ
て狭くしても導波光の界分布は左右に漏れ出すのでスポ
ットサイズは大きくできる。さらに、スポット変換部の
コア25の幅を一定とした場合にも、そのコア25の
幅、もしくはそのコア25の幅とリッジ30の幅により
規定されるスポットを実現できる。
In the sixth embodiment shown in FIG. 21 and the seventh embodiment shown in FIG. 22, the width of the core 26 of the enlarged spot optical waveguide is widened toward the tip of the waveguide so that the spot is laterally moved. Since the width of the core 26 is increased and the width of the core 26 is increased, the manufacturing tolerance of the width of the core 26 is increased. On the contrary, even if the width of the core 26 is narrowed toward the tip of the waveguide, the field distribution of the guided light is small. Since it leaks to the left and right, the spot size can be increased. Further, even when the width of the core 25 of the spot conversion unit is constant, a spot defined by the width of the core 25 or the width of the core 25 and the width of the ridge 30 can be realized.

【0057】また、本発明の各実施例においては、スポ
ット変換部および拡大スポット光導波路のリッジ幅は一
定(Ws)として説明したが導波路先端部に向かってテ
ーパ状に広くするなど、変化させてもよい。さらに、コ
ア25とコア26は異なった材料として説明してきた
が、同種の材料つまりコア25の一部をコア26として
用いてもよいことは言うまでもない。
Further, in each of the embodiments of the present invention, the ridge width of the spot conversion portion and the enlarged spot optical waveguide has been described as being constant (Ws), but it may be changed by widening in a taper shape toward the tip of the waveguide. May be. Furthermore, although the core 25 and the core 26 have been described as different materials, it is needless to say that the same material, that is, a part of the core 25 may be used as the core 26.

【0058】なお、本発明では共通コア26が薄いこと
が1つの特徴であるため、図23に示すように、拡大さ
れたスポットはピーク値と1/e2 での値とでフィッテ
ィングしたガウス分布よりも半値付近で狭くなってい
る。さらに、本発明は半導体のみならず石英光導波路の
ような誘電体光導波路にも適用できる。
Since one feature of the present invention is that the common core 26 is thin, the enlarged spot has a Gaussian distribution fitted with the peak value and the value at 1 / e 2 as shown in FIG. It is narrower near the half value than. Furthermore, the present invention can be applied not only to semiconductors but also to dielectric optical waveguides such as quartz optical waveguides.

【0059】(実施例8)図24に本発明の第8の実施
例の斜視図を、図25にそのB−B′における断面図を
示す。簡単のため、光機能部として光位相変調器の場合
を例とする。図24からわかるように、光位相変調器部
Iと伝搬用光導波路部IIにおいて、i−MQWコアは埋
め込み形ではなく、リッジ形である。図中、Iが光位相
変調器部、IIは伝搬用光導波路部、III はスポット変換
部、IVは拡大スポット光導波路部である。21はp側電
極、22はInGaAsキャップ層、23はp−InP
クラッド、24はi−InPサイドクラッド、25は例
えばi−InGaAlAs(ウェル)/InAlAs
(バリア)多重量子井戸(MQW)であり、ウェル厚を
9nm、バリア厚5nmとすると、エキシトンピーク波
長が1.44μmとなり、1.55μmでの動作に適し
ている。またMQW25の厚みは0.4μm程度であ
る。26はスポット変換光導波路の共通コアであり、例
えばバンドギャップ波長λgが1.1μmのi−InG
aAsP層であり厚みは0.08μmである。なお、厚
みはもう少し厚くても薄くてもよいし、InAlAsな
ど他の材料でもよい(InGaAsPとInAlAsの
屈折率は異なっているため、この場合のコア26の厚み
は当然異なってくる)。27はn−InPクラッド、2
8はn−InP基板、29はn側電極である。なお、3
0は前述のように拡大スポット光導波路のクラッドであ
り、ここではp−InPを用いているがi−InPでも
よい。さらに、図24および図25からわかるように、
上述の実施例と異なり、本実施例においてはスポット変
換部III のコア25aの厚みDは伝搬用光導波路部のコ
ア25の厚みと異ならしめている。後述するように、こ
れによりスポット変換時の変換損失を低減することが可
能となる。
(Embodiment 8) FIG. 24 shows a perspective view of an eighth embodiment of the present invention, and FIG. 25 shows a sectional view taken along the line BB '. For simplicity, an optical phase modulator is used as an example of the optical function unit. As can be seen from FIG. 24, in the optical phase modulator section I and the propagation optical waveguide section II, the i-MQW core is not a buried type but a ridge type. In the figure, I is an optical phase modulator section, II is a propagation optical waveguide section, III is a spot conversion section, and IV is an enlarged spot optical waveguide section. 21 is a p-side electrode, 22 is an InGaAs cap layer, and 23 is p-InP
Clad, 24 is i-InP side clad, 25 is, for example, i-InGaAlAs (well) / InAlAs
(Barrier) It is a multiple quantum well (MQW), and if the well thickness is 9 nm and the barrier thickness is 5 nm, the exciton peak wavelength is 1.44 μm, which is suitable for operation at 1.55 μm. The thickness of MQW25 is about 0.4 μm. Reference numeral 26 denotes a common core of the spot conversion optical waveguide, for example, i-InG having a bandgap wavelength λg of 1.1 μm.
It is an aAsP layer and has a thickness of 0.08 μm. The thickness may be slightly thicker or thinner, or may be another material such as InAlAs (since the refractive index of InGaAsP and InAlAs are different, the thickness of the core 26 in this case is naturally different). 27 is an n-InP clad, 2
Reference numeral 8 is an n-InP substrate, and 29 is an n-side electrode. 3
Reference numeral 0 denotes the cladding of the expanded spot optical waveguide as described above, and p-InP is used here, but i-InP may be used. Furthermore, as can be seen from FIGS. 24 and 25,
Unlike the above-described embodiment, in this embodiment, the thickness D of the core 25a of the spot conversion portion III is different from the thickness of the core 25 of the propagation optical waveguide portion. As will be described later, this makes it possible to reduce conversion loss during spot conversion.

【0060】図26〜図29は本発明の第8の実施例の
製造工程を説明する図である。図26に示すように、n
−InP基板28の上にn−InPクラッド27、i−
InGaAsPコア26およびi−MQWコア25を堆
積する(この時、i−MQW層25を保護するととも
に、後に述べるInP再成長を容易にするためにi−M
QW層25の上に薄いi−InP層を堆積していてもよ
い)。それにフォトレジスト31を全面にスピンコート
したのち、スポット変換部のコア25aとなる領域のi
−MQW25を厚みDだけ残して、ドライエッチングも
しくはウェットエッチングする。次に再度レジストを全
面にスピンコートした後、図27のようにパターニング
する(この時、上面から見ると図24から容易に類推で
きるようにテーパ状にパターニングされている)。その
後、i−MQW層25を図24に示したようなテーパ状
にドライエッチングもしくはウェットエッチングする。
図28はこの時の横断面図である。
26 to 29 are views for explaining the manufacturing process of the eighth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 26, n
On the InP substrate 28, n-InP clad 27, i-
An InGaAsP core 26 and an i-MQW core 25 are deposited (at this time, the i-M is formed to protect the i-MQW layer 25 and facilitate InP regrowth described later.
A thin i-InP layer may be deposited on the QW layer 25). Then, a photoresist 31 is spin-coated on the entire surface, and the i
-Dry etching or wet etching is performed while leaving the MQW 25 by the thickness D. Next, the resist is spin-coated again on the entire surface and then patterned as shown in FIG. 27 (at this time, the patterning is tapered so that it can be easily inferred from FIG. 24 when viewed from the upper surface). Then, the i-MQW layer 25 is dry-etched or wet-etched into a taper shape as shown in FIG.
FIG. 28 is a transverse sectional view at this time.

【0061】ここで説明している長波長系半導体の場合
には、硫酸系のエッチャントを用いることにより、i−
InGaAlAsウェルとi−InAlAsをエッチン
グし、i−InPでエッチングを止めることができる
(選択エッチング技術という)。従って、i−MQW層
25の中に5nmから10nm程度の厚みのi−InP
層を入れておけば、これをエッチストップ層として機能
させ、図27に示すように厚みDだけ残すことができ
る。また、i−MQW層25とi−InGaAsPコア
層26の間にi−InP層を入れておけば、これをエッ
チストップ層として機能させ、スポット変換部のi−M
QW層をテーパ状に加工できる。あるいは、このi−I
nP層を0.2μm程度の厚みとしておけば、スポット
変換部III のi−MQW層のエッチング時に拡大スポッ
ト光導波路のコア26をエッチングすることなくテーパ
状にドライエッチング加工できる。この層を設けること
も本発明の1つの特徴である。
In the case of the long-wavelength semiconductor described here, by using a sulfuric acid-based etchant, i-
The InGaAlAs well and i-InAlAs can be etched, and the etching can be stopped by i-InP (referred to as selective etching technique). Therefore, in the i-MQW layer 25, the i-InP having a thickness of about 5 nm to 10 nm is formed.
If a layer is added, it can be made to function as an etch stop layer, leaving a thickness D as shown in FIG. In addition, if an i-InP layer is inserted between the i-MQW layer 25 and the i-InGaAsP core layer 26, the i-InP layer functions as an etch stop layer, and the i-M of the spot converter is formed.
The QW layer can be processed into a tapered shape. Alternatively, this i
If the thickness of the nP layer is set to about 0.2 μm, the dry etching can be performed in a tapered shape without etching the core 26 of the enlarged spot optical waveguide at the time of etching the i-MQW layer of the spot conversion section III. Providing this layer is also a feature of the present invention.

【0062】次の製作工程を図29に示している。ここ
では先に述べた領域選択成長技術を用いることとする。
図29は、領域選択成長用のSiO2 マスク32を図2
3のチップに形成した場合の上面図である。従って、実
施例1で説明したと同様に、図29のように、光位相変
調器部Iと伝搬用光導波路部IIにはSiO2 マスクがな
く、スポット変換部III と拡大スポット光導波路IVには
SiO2 マスク32を形成しておけば、領域選択成長に
よって、光位相変調器部Iと伝搬用光導波路部IIのIn
Pクラッド23の厚みよりも、スポット変換部III と拡
大スポット光導波路IVのInPクラッド30の厚みを数
倍厚く形成できる。つまり、伝搬用光導波路部でのIn
Pクラッド23の厚みを1.5μmとすると、スポット
変換部III と拡大スポット光導波路IVではInPクラッ
ドの厚さを4.5〜6μmとすることができる。スポッ
トサイズ変換部III の素子先端部においては、導波光の
スポットサイズが約5μm程度と大きいので、厚いクラ
ッドが必要となるが、この製造方法により形成可能であ
る。なお、最後のリッジ加工はドライエッチングあるい
はウェットエッチングにより行う。
The next fabrication process is shown in FIG. Here, the region selective growth technique described above is used.
FIG. 29 shows the SiO 2 mask 32 for selective growth in FIG.
It is a top view at the time of forming in the chip of FIG. Therefore, as described in the first embodiment, as shown in FIG. 29, the optical phase modulator section I and the propagation optical waveguide section II have no SiO 2 mask, and the spot conversion section III and the enlarged spot optical waveguide IV are not provided. If the SiO 2 mask 32 is formed, the In of the optical phase modulator portion I and the optical waveguide portion II for propagation can be obtained by the area selective growth.
The thickness of the spot conversion portion III and the InP cladding 30 of the enlarged spot optical waveguide IV can be formed several times thicker than the thickness of the P cladding 23. That is, In in the optical waveguide portion for propagation
If the thickness of the P clad 23 is 1.5 μm, the thickness of the InP clad can be 4.5 to 6 μm in the spot converter III and the enlarged spot optical waveguide IV. Since the spot size of the guided light is as large as about 5 μm at the tip of the element of the spot size conversion unit III, a thick clad is required, but it can be formed by this manufacturing method. The final ridge processing is performed by dry etching or wet etching.

【0063】さて、本実施例の動作について説明する。
まず、図24を用いて光位相変調器部Iよび伝搬用光導
波路部IIにおけるi−InPサイドクラッド24の役目
について簡単に説明する。実施例1で説明したように、
サイドクラッド24が薄いとInPクラッド23がない
場所では導波光は空気の低い屈折率を感じ、その場所の
等価屈折率は下がる。一方、p−InPクラッド19が
ある場所ではコアの上に漏れた光はその屈折率を感じる
ため、等価屈折率が高くなり、横方向の光閉じ込めが可
能となる。
Now, the operation of this embodiment will be described.
First, the role of the i-InP side cladding 24 in the optical phase modulator section I and the propagation optical waveguide section II will be briefly described with reference to FIG. As described in Example 1,
If the side clad 24 is thin, the guided light feels a low refractive index of air in a place where the InP clad 23 does not exist, and the equivalent refractive index in that place decreases. On the other hand, at the location where the p-InP clad 19 is present, the light leaked onto the core feels its refractive index, so that the equivalent refractive index becomes high and lateral light confinement becomes possible.

【0064】さて、本実施例では、図25に示すよう
に、光位相変調器部I、伝搬用光導波路部IIを伝搬して
きた導波光F1 はスポット変換部III に入射する。スポ
ット変換部III においてコアの幅がテーパ状に細くなっ
ているためF2 として示すように光の閉じ込めが緩くな
り、スポットサイズが左右のみならず上下方向にも大き
くなるとともに最終的に放射される。この放射された光
は共通コア26により上下方向に閉じ込められる。しか
しコア26が薄いので、導波光の上下方向のコアへの閉
じ込めが緩くなり、その結果、導波光の上下方向のスポ
ットサイズをF3として示すように、光位相変調器部や
伝搬用光導波路部(これらの部分における上下方向のス
ポットサイズは約0.3μm程度)のものと比較して大
幅に拡大できる。一方、横方向のスポットサイズは図3
0に示すように、スポット変換部におけるリッジのクラ
ッドの幅Wsを伝搬用光導波路部のクラッドの幅Wp
(2μm程度)と比較して、広くすることにより極めて
大きく拡大できる(図26ではWsを10μm程度とし
た)。
In the present embodiment, as shown in FIG. 25, the guided light F 1 propagated through the optical phase modulator section I and the propagation optical waveguide section II is incident on the spot conversion section III. Since the width of the core is tapered in the spot conversion section III, the light confinement becomes loose as shown by F 2 , and the spot size is increased not only in the left and right but also in the up and down direction and finally emitted. . The emitted light is vertically confined by the common core 26. However, since the core 26 is thin, the vertical confinement of the guided light in the core becomes loose, and as a result, as shown by the spot size F 3 of the guided light in the vertical direction, the optical phase modulator section and the optical waveguide for propagation are propagated. The size can be greatly enlarged as compared with the parts (the vertical spot size in these parts is about 0.3 μm). On the other hand, the lateral spot size is shown in FIG.
As shown in FIG. 0, the width Ws of the clad of the ridge in the spot conversion part is equal to the width Wp of the clad of the optical waveguide part for propagation.
Compared with (about 2 μm), the width can be made extremely large (Ws is set to about 10 μm in FIG. 26).

【0065】このように、本実施例では拡大スポット光
導波路がリッジ構造であるため、光機能部がリッジ構造
を有する光デバイスと構造上同じであるという点で製作
性がよく、界分布の形状の類似性から伝搬用光導波路部
とスポット変換部および拡大スポット光導波路の結合特
性もよい。また拡大スポット光導波路がリッジ構造であ
るため伝搬損失が小さいという利点を有しつつ、大きな
スポットを実現できる。その結果、単一モード光ファイ
バ(スポットサイズは約4μm)との結合についても図
31に示すように低損失である。さらにスポットサイズ
が拡大されているので、軸ずれのトレランスも大きく、
光デバイスとファイバとの接続を容易に行うことができ
る。
As described above, in this embodiment, since the enlarged spot optical waveguide has the ridge structure, the optical function part is structurally the same as the optical device having the ridge structure, and thus the manufacturability is good, and the shape of the field distribution is good. Due to the similarity of the above, the coupling characteristics of the propagation optical waveguide portion, the spot conversion portion, and the enlarged spot optical waveguide are also good. Further, since the enlarged spot optical waveguide has a ridge structure, it has an advantage that the propagation loss is small, and a large spot can be realized. As a result, the coupling with the single mode optical fiber (spot size is about 4 μm) also has low loss as shown in FIG. Furthermore, since the spot size has been expanded, the tolerance of misalignment is large,
The optical device and the fiber can be easily connected.

【0066】さて、図24に示したスポット変換部III
におけるコア25aの厚みDの影響について議論する。
一般に、小さなスポットから大きなスポットへのスポッ
ト変換損失よりも大きなスポットから小さなスポットへ
の変換損失が大きい。そこで、ここでは拡大スポット光
導波路IVの固有モードが伝搬用光導波路部IIの固有モー
ドに変換される場合のスポット変換部III におけるスポ
ット変換損失について考察する。図32には、そのスポ
ット変換損失の計算値と実験値をスポット変換部III の
コア25aの厚みDをパラメータとして示す。伝搬用光
導波路部IIのコア25の厚みは0.4μmなので、図中
のD=0.4μmとは、伝搬用光導波路部IIとスポット
変換部III のコアの厚みが等しい場合である。図から、
スポット変換部III のコアの厚みを0.15μmと伝搬
用光導波路部IIのコアの厚み(0.4μm)よりも薄く
することにより、スポット変換損失を大幅に低減できる
ことがわかる。以下、この結果について物理的意味を考
察する。光機能部Iや伝搬用光導波路部IIではリッジ構
造であるため、コア25の厚みが0.4μmと厚いにも
拘わらず、サイドクラッド24の厚みを50nm程度に
しておけば、位相変調特性を確保するためにリッジ幅W
pを2μmと広くしても単一モード伝搬を実現できる。
しかしながら、スポット変換部では埋め込み導波路とな
っているため、0.4μmの厚みで、2μmのコア幅と
すると多モード伝搬となってしまう。これを解決するた
めに、スポット変換部におけるコアの幅を狭くして単一
モード伝搬とすると、幅が狭くなるため製作が困難にな
るとともに、スポット変換部III のスポットサイズが小
さくなり、伝搬用光導波路部IIとの結合損失が大きくな
ってしまう。従って、本実施例のように、スポット変換
部III のコア25aの厚みを薄くした方がよい。なお、
以上の説明ではD=0.15μmがよいとしたが、これ
はD=0.4μmと比較した場合であり、特性は変わる
がその他の厚みでもよいし、伝搬用光導波路部IIのコア
25の厚みと屈折率に応じて好ましいDの値は異なって
くることは言うまでもない。またスポット変換部 III
のコア25aのテーパの形状は、本実施例のみならず後
述の実施例においても、直線のみならず曲線や折れ線で
もよいことは言うまでもない。
Now, the spot converter III shown in FIG.
The influence of the thickness D of the core 25a in FIG.
Generally, the conversion loss from a large spot to a small spot is larger than the conversion loss from a small spot to a large spot. Therefore, here, the spot conversion loss in the spot conversion unit III when the eigenmode of the enlarged spot optical waveguide IV is converted into the eigenmode of the propagation optical waveguide unit II will be considered. FIG. 32 shows the calculated value and the experimental value of the spot conversion loss with the thickness D of the core 25a of the spot conversion section III as a parameter. Since the thickness of the core 25 of the propagation optical waveguide section II is 0.4 μm, D = 0.4 μm in the figure means that the propagation optical waveguide section II and the spot conversion section III have the same core thickness. From the figure,
It can be seen that the spot conversion loss can be significantly reduced by making the thickness of the core of the spot conversion portion III 0.15 μm, which is smaller than the thickness (0.4 μm) of the core of the propagation optical waveguide portion II. The physical meaning of this result will be discussed below. Since the optical function part I and the propagation optical waveguide part II have a ridge structure, if the thickness of the side clad 24 is set to about 50 nm, the phase modulation characteristic will be obtained even though the core 25 has a large thickness of 0.4 μm. Ridge width W to ensure
Single mode propagation can be realized even if p is as wide as 2 μm.
However, since the spot converter is an embedded waveguide, multi-mode propagation occurs when the thickness is 0.4 μm and the core width is 2 μm. In order to solve this, if the core width in the spot converter is narrowed to allow single mode propagation, the width becomes narrower, making it difficult to fabricate, and the spot size of the spot converter III becomes smaller. The coupling loss with the optical waveguide section II becomes large. Therefore, it is better to reduce the thickness of the core 25a of the spot converter III as in the present embodiment. In addition,
In the above description, it is assumed that D = 0.15 μm is preferable, but this is the case when compared with D = 0.4 μm. Although the characteristics may change, other thicknesses may be used, and the core 25 of the optical waveguide portion II for propagation may have a different thickness. It goes without saying that the preferable value of D differs depending on the thickness and the refractive index. Also spot conversion unit III
Needless to say, the taper shape of the core 25a may be not only a straight line but also a curved line or a polygonal line not only in the present embodiment but also in the embodiments described later.

【0067】第8の実施例の拡大スポット光導波路では
コアはi−InGaAsP層26の薄い層(ここでは
0.08μmとしている)のみとなり、界分布は上下に
大きく広がる。この第8の実施例においては、リッジ3
0以外の部分のInGaAsPコア26の直上までエッ
チングしているが、i−InGaAsPコア層26の厚
みは0.08μm程度と極めて薄いので、導波モードの
この部分への横方向のしみだしは少ない。
In the enlarged spot optical waveguide of the eighth embodiment, the core is only a thin layer of the i-InGaAsP layer 26 (here, it is 0.08 μm), and the field distribution spreads largely up and down. In this eighth embodiment, the ridge 3
Although the portion other than 0 is etched right above the InGaAsP core 26, the thickness of the i-InGaAsP core layer 26 is as thin as about 0.08 μm, so that the lateral protrusion of the guided mode to this portion is small. .

【0068】(実施例9)本発明の第9の実施例である
図33のように、スポット変換部および拡大スポット光
導波路におけるリッジ部以外のi−InGaAsPコア
26を硫酸系のエッチャントで除去してもよい。あるい
はSiO2 マスク32(図29参照)の下のi−InG
aAsP層26をSiO2 マスク32を堆積する前に除
去しておけば、スポット変換部についてはリッジの幅を
領域選択成長技術で形成できるため、後のi−InGa
AsP層26のエッチング工程が不要となる。
(Embodiment 9) As shown in FIG. 33, which is the ninth embodiment of the present invention, the i-InGaAsP core 26 other than the ridge portion in the spot conversion portion and the enlarged spot optical waveguide is removed with a sulfuric acid-based etchant. May be. Alternatively, i-InG under the SiO 2 mask 32 (see FIG. 29) is used.
If the aAsP layer 26 is removed before depositing the SiO 2 mask 32, the width of the ridge can be formed in the spot conversion portion by the area selective growth technique.
The etching process of the AsP layer 26 becomes unnecessary.

【0069】(実施例10)前述のように、スポット変
換部のコア26への導波光のパワーのΓファクタは小さ
いので拡大スポット光導波路IVにおいて図34に示すよ
うに、若干のサイドクラッド30aを設けてもよい。サ
イドクラッドの幅を変えても良く、コア26の全面上に
サイドクラッドを設けてもよい。
(Embodiment 10) As described above, the Γ factor of the power of the guided light to the core 26 of the spot conversion portion is small, so that in the expanded spot optical waveguide IV, as shown in FIG. It may be provided. The width of the side clad may be changed, and the side clad may be provided on the entire surface of the core 26.

【0070】(実施例11)図35にはスポット変換部
III のコア25bを拡大スポット導波路部IVの端面にま
で残した場合の実施例を示す。このような構造でもスポ
ットの拡大が可能である。
(Embodiment 11) FIG. 35 shows a spot converter.
An example is shown in which the core 25b of III is left even on the end face of the enlarged spot waveguide section IV. Even with such a structure, the spot can be enlarged.

【0071】(実施例12)本実施例においては、拡大
スポット光導波路IVにおいて横方向の光の閉じ込めをリ
ッジで行い、かつ伝搬用光導波路部IIとスポット変換部
III 間の接続点でコア25と25bの厚みを変化させて
いる。図36は図35における共通コア26をなくし、
拡大スポット部の端面にまで残したテーパ状のコア25
bを拡大スポット光導波路のコアとしたものである。
(Embodiment 12) In this embodiment, in the expanded spot optical waveguide IV, lateral light is confined by a ridge, and the propagation optical waveguide portion II and the spot conversion portion are used.
The thickness of the cores 25 and 25b is changed at the connection point between III. FIG. 36 eliminates the common core 26 in FIG.
Tapered core 25 left on the end surface of the enlarged spot
b is the core of the enlarged spot optical waveguide.

【0072】(実施例13)図37は本発明の第13の
実施例である。本実施例ではスポット変換部においてコ
ア25cの厚みを単に徐々に薄くすることにより、スポ
ットを上下に拡大している。本実施例ではスポットの横
方向の拡大をリッジ30の幅のみで行っているため、実
施例8ほどの効果はないが、光機能部の小さなスポット
を大きなスポットに変換できる。
(Embodiment 13) FIG. 37 shows a thirteenth embodiment of the present invention. In the present embodiment, the spot is expanded vertically by merely gradually thinning the thickness of the core 25c in the spot conversion unit. In this embodiment, the lateral expansion of the spot is performed only by the width of the ridge 30. Therefore, the effect is not as great as that of the eighth embodiment, but the small spot of the optical function portion can be converted into a large spot.

【0073】(実施例14)図38は本発明の第14の
実施例である。本実施例ではスポット変換部のコア25
aの幅をテーパ状に細くし界分布を上下・左右方向に拡
大するとともに、拡大スポット光導波路IVのコア26a
を導波路先端部に向かってテーパ状に広くすることによ
り、横方向のスポットサイズを一層拡大している。
(Embodiment 14) FIG. 38 shows a fourteenth embodiment of the present invention. In the present embodiment, the core 25 of the spot conversion unit
The width of “a” is tapered to expand the field distribution vertically and horizontally, and the core 26a of the expanded spot optical waveguide IV is formed.
The width of the spot in the lateral direction is further increased by widening the area toward the tip of the waveguide in a tapered shape.

【0074】(実施例15)図39は本発明の第15の
実施例であり、スポット変換部のコア25cの厚みを導
波路先端部に向かって薄くするとともに、拡大スポット
光導波路のコア26aを導波路先端部に向かってテーパ
状に広くすることにより、横方向のスポットサイズを一
層拡大している。
(Embodiment 15) FIG. 39 shows a fifteenth embodiment of the present invention in which the core 25c of the spot conversion portion is made thinner toward the tip of the waveguide, and the core 26a of the enlarged spot optical waveguide is formed. The spot size in the lateral direction is further expanded by widening the width toward the tip of the waveguide in a tapered shape.

【0075】さらに、伝搬用光導波路部のコアとスポッ
ト変換部のコアは同種の材料でもよいし異なった材料と
してもよい。以上の説明においては光機能部はリッジ導
波路であったが、半導体レーザのような埋め込み導波路
の場合にも本発明は適用可能である。また本発明は半導
体光導波路のみでなく石英系光導波路にも適用できるこ
とは言うまでもない。
Further, the core of the propagation optical waveguide section and the core of the spot conversion section may be made of the same material or different materials. In the above description, the optical function part is the ridge waveguide, but the present invention can be applied to a buried waveguide such as a semiconductor laser. It goes without saying that the present invention can be applied not only to the semiconductor optical waveguide but also to the silica optical waveguide.

【0076】(実施例16)さて、例えば先に述べた本
発明の第8の実施例について説明すると、図25の断面
図からわかるように、伝搬用光導波路部IIのコア25と
スポット変換部IIIコア25aの厚みは異なっており、
かつ伝搬用光導波路部のコア25の底面とスポット変換
部のコア25aの底面は同一平面内にある。従って、伝
搬用光導波路部IIのコア25の中心とスポット変換部II
I のコア25aの中心は厚み方向において一致しておら
ず、 伝搬用光導波路部IIとスポット変換部III を伝搬す
る光は上下方向に軸ずれしている。その結果、式(2)
にしたがって、軸ずれに起因する接続損失が生じる(伝
搬用光導波路部IIのコア25の厚みが0.4μm、スポ
ット変換部III のコア25aの厚みが0.15μmの場
合には約0.7dB程度の結合損失となる)。
(Embodiment 16) Now, for example, the eighth embodiment of the present invention described above will be described. As can be seen from the cross-sectional view of FIG. 25, the core 25 of the optical waveguide portion II for propagation and the spot conversion portion. The thickness of the III core 25a is different,
Moreover, the bottom surface of the core 25 of the propagation optical waveguide portion and the bottom surface of the core 25a of the spot conversion portion are in the same plane. Therefore, the center of the core 25 of the optical waveguide section II for propagation and the spot conversion section II
The centers of the cores 25a of I 2 do not coincide with each other in the thickness direction, and the lights propagating through the propagation optical waveguide section II and the spot conversion section III are vertically off-axis. As a result, equation (2)
Accordingly, a connection loss occurs due to the axis deviation (about 0.7 dB when the thickness of the core 25 of the propagation optical waveguide section II is 0.4 μm and the thickness of the core 25a of the spot conversion section III is 0.15 μm). It will be a degree of coupling loss).

【0077】図40は本発明の第16の実施例の斜視図
であり、上記の厚み方向のコアの軸ずれを解消するため
のものである。図40のB−B′線における断面図を図
41に示す。図40および図41からわかるように、本
実施例では、新たにInPなどのバッファ層33を基板
28上に設けており、スポット変換部III でのコアの厚
みを伝搬用光導波路部II(および光位相変調器部I)で
のコアの厚みより薄くしても、伝搬用光導波路部IIとス
ポット変換部III におけるバッファ層33の厚みを異な
らしめることによって、スポット変換部III でのコア2
5aと伝搬用光導波路部IIでのコア25の厚み方向にお
ける中心を一致させることができる。従って、本実施例
の構造を用いることにより、伝搬用光導波路部IIとスポ
ット変換部III おけるコアの厚みを異ならしめたことに
起因する結合損失を解消することが可能になる。なお、
バッファ層33を設けるとともに、伝搬用光導波路部II
とスポット変換部III におけるバッファ層33の厚みを
異ならしめるかわりに、伝搬用光導波路部IIの基板28
をエッチングしても、同様の効果がある。
FIG. 40 is a perspective view of a sixteenth embodiment of the present invention, which is for eliminating the axial misalignment of the core in the thickness direction. 41 is a sectional view taken along the line BB ′ of FIG. As can be seen from FIGS. 40 and 41, in this embodiment, a buffer layer 33 such as InP is newly provided on the substrate 28, and the thickness of the core in the spot conversion portion III is set to the optical waveguide portion II for propagation (and Even if the thickness is smaller than the core thickness in the optical phase modulator section I), the thickness of the buffer layer 33 in the propagation optical waveguide section II is different from that in the spot conversion section III.
5a and the center of the core 25 in the propagation optical waveguide portion II in the thickness direction can be aligned. Therefore, by using the structure of the present embodiment, it is possible to eliminate the coupling loss due to the different thicknesses of the cores in the propagation optical waveguide section II and the spot conversion section III. In addition,
In addition to providing the buffer layer 33, the optical waveguide portion for propagation II
And the thickness of the buffer layer 33 in the spot conversion section III is different, instead of the substrate 28 of the optical waveguide section II for propagation.
Etching has the same effect.

【0078】(実施例17)図42は本発明の第17の
実施例の斜視図であり、図43はそのBーB′線におけ
る断面図である。この実施例では、薄膜コア34をスポ
ット変換部のコア25aの上方にも設けている。本実施
例では、拡大スポット光導波路IVにおいて、光は共通コ
ア26と薄膜コア34に分布するため、拡大スポット光
導波路IVとスポット変換部III においても光の界分布の
中心を厚み方向に一致させることができ、一層の低損失
化が可能である。
(Embodiment 17) FIG. 42 is a perspective view of a seventeenth embodiment of the present invention, and FIG. 43 is a sectional view taken along the line BB '. In this embodiment, the thin film core 34 is also provided above the core 25a of the spot converter. In the present embodiment, since the light is distributed to the common core 26 and the thin film core 34 in the expanded spot optical waveguide IV, the centers of the light field distributions in the expanded spot optical waveguide IV and the spot conversion unit III are also aligned in the thickness direction. It is possible to further reduce the loss.

【0079】[0079]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、拡
大スポット光導波路部の光導波路構造として厚さの薄い
コアで光を上下に閉じ込め、横方向にはリッジ構造で閉
じ込めているため、横方向への光のしみだしが少なく、
その結果、スポットサイズの大きな単一モード光導波路
を実現できる。さらに、スポット変換部のコアの厚みを
薄くした構造においては、スポットサイズの変換時の変
換損失が特に少なく、また拡大スポット光導波路がリッ
ジ構造を具備しているため、光機能部や伝搬用光導波路
部がリッジ構造を有する導波路デバイスについて、製作
性とスポットサイズ変換特性、伝搬損失の観点から特に
優れたスポット変換光導波路を実現することができると
いう効果がある。さらに、第2コアの厚み方向の中心を
第1コアの厚み方向の中心と一致するようにに配置する
ことにより、あるいは第2コアの上方に少なくとも第4
の薄膜状のコアを設けることにより、第2コアを伝搬す
る光の界分布の厚み方向の中心と第1コアを伝搬する光
の界分布の厚み方向の中心を一致させることができ、第
2コア部と第1コア部の接続部におけるコアの厚み方向
における軸ずれに起因する接続損失を低減することがで
きる、あるいは、第2コアを伝搬する光の界分布の厚み
方向の中心と、第3コアおよび第4コアを伝搬する光の
界分布の中心を厚み方向において一致させることができ
るので、第2コア部と、第3コア部および第4コア部の
コアの厚み方向の導波光の軸ずれに起因する接続損失を
低減することができるという利点がある。
As described above, according to the present invention, as the optical waveguide structure of the enlarged spot optical waveguide portion, light is confined vertically with a thin core and laterally confined with a ridge structure. , There is little light bleeding in the lateral direction,
As a result, a single mode optical waveguide having a large spot size can be realized. Furthermore, in the structure in which the core of the spot conversion unit is thin, the conversion loss during conversion of the spot size is particularly small, and the expanded spot optical waveguide has a ridge structure. With respect to the waveguide device having the ridge structure in the waveguide portion, there is an effect that a particularly excellent spot conversion optical waveguide can be realized from the viewpoints of manufacturability, spot size conversion characteristics, and propagation loss. Furthermore, by arranging the center of the second core in the thickness direction so as to coincide with the center of the first core in the thickness direction, or by disposing at least the fourth core above the second core.
By providing the thin film core, the center of the field distribution of light propagating through the second core in the thickness direction can be aligned with the center of the field distribution of light propagating through the first core in the thickness direction. It is possible to reduce the connection loss due to axial misalignment in the thickness direction of the core in the connection portion between the core portion and the first core portion, or to reduce the center of the field distribution of light propagating through the second core in the thickness direction. Since the centers of the field distributions of the light propagating through the third core and the fourth core can be matched in the thickness direction, the guided light in the thickness direction of the second core portion and the cores of the third core portion and the fourth core portion There is an advantage that the connection loss due to the axis shift can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の原理を説明するための模式的断面およ
び屈折率分布を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic cross section and a refractive index distribution for explaining the principle of the present invention.

【図2】本発明のスポット変換光導波路の動作を説明す
る特性図である。
FIG. 2 is a characteristic diagram for explaining the operation of the spot conversion optical waveguide of the present invention.

【図3】本発明のスポット変換光導波路の動作を説明す
る特性図である。
FIG. 3 is a characteristic diagram illustrating an operation of the spot conversion optical waveguide of the present invention.

【図4】本発明の原理を説明するための模式的断面およ
び屈折率分布を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a schematic cross section and a refractive index distribution for explaining the principle of the present invention.

【図5】本発明の第1の実施例の斜視図である。FIG. 5 is a perspective view of the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第1の実施例の横断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第1の実施例の製作手順を説明する断
面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating the manufacturing procedure of the first embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第1の実施例の製作手順を説明する断
面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating the manufacturing procedure of the first embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第1の実施例の製作手順を説明する上
面図である。
FIG. 9 is a top view illustrating the manufacturing procedure of the first embodiment of the present invention.

【図10】共通コアの厚みと変換されたスポットサイズ
の厚み方向大きさの関係を示す特性図である。
FIG. 10 is a characteristic diagram showing the relationship between the thickness of the common core and the size of the converted spot size in the thickness direction.

【図11】リッジのクラッド幅と変換されたスポットサ
イズの横方向の大きさの関係を示す特性図である。
FIG. 11 is a characteristic diagram showing the relationship between the clad width of the ridge and the lateral size of the converted spot size.

【図12】本発明の第2の実施例の斜視図である。FIG. 12 is a perspective view of a second embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第3の実施例の斜視図である。FIG. 13 is a perspective view of a third embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第3の実施例の横断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view of the third embodiment of the present invention.

【図15】スポットサイズ変換用コアの厚みと厚み方向
のスポットサイズの関係を示す特性図である。
FIG. 15 is a characteristic diagram showing the relationship between the thickness of the spot size conversion core and the spot size in the thickness direction.

【図16】リッジのクラッド幅とスポットサイズの関係
を示す特性図である。
FIG. 16 is a characteristic diagram showing a relationship between a clad width of a ridge and a spot size.

【図17】単一モードファイバとの結合におけるリッジ
幅と結合損失との関係を示す特性図である。
FIG. 17 is a characteristic diagram showing a relationship between a ridge width and a coupling loss in coupling with a single mode fiber.

【図18】本発明の第4の実施例の斜視図である。FIG. 18 is a perspective view of the fourth embodiment of the present invention.

【図19】本発明の第4の実施例の変形例の斜視図であ
る。
FIG. 19 is a perspective view of a modification of the fourth embodiment of the present invention.

【図20】本発明の第5の実施例の斜視図である。FIG. 20 is a perspective view of the fifth embodiment of the present invention.

【図21】本発明の第6の実施例の斜視図である。FIG. 21 is a perspective view of a sixth embodiment of the present invention.

【図22】本発明の第7の実施例の斜視図である。FIG. 22 is a perspective view of a seventh embodiment of the present invention.

【図23】深さ方向における光のパワー分布を示す図で
ある。
FIG. 23 is a diagram showing a power distribution of light in the depth direction.

【図24】本発明の第8の実施例の斜視図である。FIG. 24 is a perspective view of an eighth embodiment of the present invention.

【図25】本発明の第8の実施例の断面図である。FIG. 25 is a sectional view of an eighth embodiment of the present invention.

【図26】本発明の第8の実施例の製作法を説明する断
面図である。
FIG. 26 is a sectional view for explaining the manufacturing method according to the eighth embodiment of the present invention.

【図27】本発明の第8の実施例の製作法を説明する断
面図である。
FIG. 27 is a cross-sectional view illustrating the manufacturing method of the eighth example of the present invention.

【図28】本発明の第8の実施例の製作法を説明する断
面図である。
FIG. 28 is a sectional view for explaining the manufacturing method according to the eighth embodiment of the present invention.

【図29】本発明の第8の実施例の製作法を説明する断
面図である。
FIG. 29 is a cross-sectional view explaining the manufacturing method of the eighth example of the present invention.

【図30】本発明の第8の実施例の動作を説明する特性
図である。
FIG. 30 is a characteristic diagram illustrating an operation of the eighth embodiment of the present invention.

【図31】本発明の第8の実施例の動作を説明する特性
図である。
FIG. 31 is a characteristic diagram illustrating an operation of the eighth embodiment of the present invention.

【図32】本発明の第8の実施例の動作を説明する特性
図である。
FIG. 32 is a characteristic diagram illustrating the operation of the eighth embodiment of the present invention.

【図33】本発明の第9の実施例の斜視図である。FIG. 33 is a perspective view of the ninth embodiment of the present invention.

【図34】本発明の第10の実施例の斜視図である。FIG. 34 is a perspective view of a tenth embodiment of the present invention.

【図35】本発明の第11の実施例の斜視図である。FIG. 35 is a perspective view of an eleventh embodiment of the present invention.

【図36】本発明の第12の実施例の斜視図である。FIG. 36 is a perspective view of a twelfth embodiment of the present invention.

【図37】本発明の第13の実施例の斜視図である。FIG. 37 is a perspective view of a thirteenth embodiment of the present invention.

【図38】本発明の第14の実施例の斜視図である。FIG. 38 is a perspective view of a fourteenth embodiment of the present invention.

【図39】本発明の第15の実施例の斜視図である。FIG. 39 is a perspective view of a fifteenth embodiment of the present invention.

【図40】本発明の第16の実施例の斜視図である。FIG. 40 is a perspective view of a sixteenth embodiment of the present invention.

【図41】本発明の第16の実施例の断面図である。FIG. 41 is a sectional view of a sixteenth embodiment of the present invention.

【図42】本発明の第17の実施例の斜視図である。FIG. 42 is a perspective view of a seventeenth embodiment of the present invention.

【図43】本発明の第17の実施例の断面図である。FIG. 43 is a sectional view of a seventeenth embodiment of the present invention.

【図44】第1の従来例の模式的断面および屈折率分布
を示す図である。
FIG. 44 is a diagram showing a schematic cross section and a refractive index distribution of a first conventional example.

【図45】第2の従来例の模式的断面および屈折率分布
を示す図である。
FIG. 45 is a diagram showing a schematic cross section and a refractive index distribution of a second conventional example.

【図46】第3の従来例の斜視図である。FIG. 46 is a perspective view of a third conventional example.

【図47】第3の従来例の上面図である。FIG. 47 is a top view of a third conventional example.

【図48】第3の従来例の断面図である。FIG. 48 is a sectional view of a third conventional example.

【図49】第4の従来例の斜視図である。FIG. 49 is a perspective view of a fourth conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 クラッド 2 コア 3 クラッド 4 光機能部のクラッド 5 光機能部のコア 6 伝搬用光導波路のコア 7 伝搬用光導波路のクラッド 8 スポットサイズ変換用光導波路のコア 9 伝搬用光導波路のコア 10 スポット変換用光導波路のコア 11 上部クラッド 12 下部クラッド 13 InP基板 14 上部クラッド 15 薄膜コア 16 下部クラッド 21 p側電極 22 InGaAsキャップ層 23 p−InPクラッド 24 i−InPサイドクラッド 25 i−MQW 26 スポット変換用共通コア 27 n−InPクラッド 28 n−InP基板 29 n側電極 30 スポット変換用光導波路部のクラッド 31 フォトレジスト 32 領域選択成長用SiO2 マスク 33 バッファ層 34 薄膜コア1 clad 2 core 3 clad 4 clad of optical function part 5 core of optical function part 6 core of optical waveguide for propagation 7 clad of optical waveguide for propagation 8 core of optical waveguide for spot size conversion 9 core of optical waveguide for propagation 10 spots Conversion optical waveguide core 11 Upper clad 12 Lower clad 13 InP substrate 14 Upper clad 15 Thin film core 16 Lower clad 21 p-side electrode 22 InGaAs cap layer 23 p-InP clad 24 i-InP side clad 25 i-MQW 26 Spot conversion Common core for use 27 n-InP clad 28 n-InP substrate 29 n-side electrode 30 Spot conversion optical waveguide clad 31 Photoresist 32 Region selective growth SiO 2 mask 33 Buffer layer 34 Thin film core

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹内 博昭 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Inventor Hiroaki Takeuchi 1-1-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nihon Telegraph and Telephone Corporation

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 小さなスポットサイズの導波光が伝搬す
る第1コアを具備する伝搬用光導波路、導波光のスポッ
トサイズを変換する第2コアを具備するスポット変換
部、および大きなスポットサイズの導波光が伝搬する第
3コアを具備する拡大スポット光導波路を具備するスポ
ット変換光導波路において、前記第3コアは薄膜形状で
あり、前記拡大スポット光導波路は伝搬する導波光の横
方向閉じ込めのためのリッジ構造を有し、前記拡大スポ
ット光導波路における光のパワーが、深さ方向における
光のパワー分布のピーク値と前記ピーク値の半値との間
の少なくとも一部において前記パワー分布の深さ方向の
座標による2階微分が正である、深さ方向における前記
パワー分布の半値全幅でフィッティングしたガウス分布
よりも前記パワー分布が狭い、および前記ピーク値の1
/e2 の値とでフィッティングしたガウス分布の半値全
幅よりも前記パワー分布の前記半値全幅が狭い、のいず
れかの分布を有し、かつ前記拡大スポット光導波路にお
いて導波光がほぼ単一モード伝搬することを特徴とする
スポット変換光導波路。
1. A propagation optical waveguide having a first core through which guided light with a small spot size propagates, a spot converter having a second core that converts the spot size of the guided light, and guided light with a large spot size. In the spot conversion optical waveguide including the enlarged spot optical waveguide including the third core that propagates, the third core has a thin film shape, and the enlarged spot optical waveguide includes a ridge for lateral confinement of the propagated guided light. The power of light in the expanded spot optical waveguide having a structure has a coordinate in the depth direction of the power distribution in at least part of a peak value of the power distribution of the light in the depth direction and a half value of the peak value. The power distribution is more positive than the Gaussian distribution fitted with the full width at half maximum of the power distribution in the depth direction, in which the second derivative is positive. Is narrow, and 1 of the peak value
/ E 2 value, the full width at half maximum of the power distribution is narrower than the full width at half maximum of the Gaussian distribution, and the guided light propagates substantially in a single mode in the expanded spot optical waveguide. A spot conversion optical waveguide characterized by:
【請求項2】 前記リッジ構造が前記第3コア上に形成
された上部クラッドからなることを特徴とする請求項1
に記載のスポット変換光導波路。
2. The ridge structure comprises an upper clad formed on the third core.
Spot conversion optical waveguide described in.
【請求項3】 前記リッジ構造が第3コアと該第3コア
上に形成された上部クラッドからなることを特徴とする
請求項1に記載のスポット変換光導波路。
3. The spot conversion optical waveguide according to claim 1, wherein the ridge structure includes a third core and an upper clad formed on the third core.
【請求項4】 前記リッジ構造の側面にさらにサイドク
ラッドを有することを特徴とする請求項1または2に記
載のスポット変換光導波路。
4. The spot conversion optical waveguide according to claim 1, further comprising a side cladding on a side surface of the ridge structure.
【請求項5】 前記スポット変換部の前記第2コアの厚
みと幅の少なくとも一方が導波路先端部に向かって変化
していることを特徴とする請求項1から4のいずれかに
記載のスポット変換光導波路。
5. The spot according to claim 1, wherein at least one of the thickness and the width of the second core of the spot conversion section changes toward the tip of the waveguide. Conversion optical waveguide.
【請求項6】 前記第1コアおよび前記第2コアが前記
第3コアと積層されていることを特徴とする請求項1か
ら5のいずれかに記載のスポット変換光導波路。
6. The spot conversion optical waveguide according to claim 1, wherein the first core and the second core are laminated with the third core.
【請求項7】 前記第1コアおよび第2コアと前記第3
コアの間に少なくとも一層の半導体層が設けられている
ことを特徴とする請求項6に記載のスポット変換光導波
路。
7. The first and second cores and the third core
The spot conversion optical waveguide according to claim 6, wherein at least one semiconductor layer is provided between the cores.
【請求項8】 前記第第2コアおよび第3コアが共通の
下部クラッドの同一平面上に形成されていることを特徴
とする請求項1から5のいずれかに記載のスポット変換
光導波路。
8. The spot conversion optical waveguide according to claim 1, wherein the second core and the third core are formed on the same plane of a common lower cladding.
【請求項9】 前記第2コアの底面が前記第1コアの底
面より上方に配置されていることを特徴とする請求項1
から8のいずれかに記載のスポット変換光導波路。
9. The bottom surface of the second core is arranged above the bottom surface of the first core.
9. The spot conversion optical waveguide according to any one of 1 to 8.
【請求項10】 前記第2コアの上方に薄膜状の第4コ
アが少なくとも設けられていることを特徴とする請求項
1から9のいずれかに記載のスポット変換光導波路。
10. The spot conversion optical waveguide according to claim 1, wherein at least a thin film-shaped fourth core is provided above the second core.
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