JPH05249331A - 導波路形ビームスポット変換素子およびその製造方法 - Google Patents

導波路形ビームスポット変換素子およびその製造方法

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JPH05249331A
JPH05249331A JP10805992A JP10805992A JPH05249331A JP H05249331 A JPH05249331 A JP H05249331A JP 10805992 A JP10805992 A JP 10805992A JP 10805992 A JP10805992 A JP 10805992A JP H05249331 A JPH05249331 A JP H05249331A
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JP
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core
optical waveguide
spot size
refractive index
layer
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Application number
JP10805992A
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Naoto Yoshimoto
直人 吉本
Kenji Kono
健治 河野
Masaki Kamitoku
正樹 神徳
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NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12166—Manufacturing methods
    • G02B2006/12195—Tapering

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  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 導波光の分布をより広げることにより外部入
出力導波路との結合損失を低減することのできる導波路
形ビームスポット変換素子およびその製造方法を提供す
る。ならびにそのためのスポットサイズの大きい半導体
光導波路を再現性よく高精度に提供する。 【構成】 コア２の下に基板５よりも屈折率の高い第２
コア４を設け、コア３を光伝搬部ＩＩＩへ向けて幅方向
に広くし、かつ厚み方向にテーパ状に薄くし、かつ部分
ＩＩにおいて打ち切り、第２コア４をコア３の下に部分
ＩＩおよびＩＩＩにわたって延在させる。導波モードが
カットオフとならず、しかも放射モードと結合して放射
損が増加することがないため、スポットサイズを広げる
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、外部光導波路との結合
損失を低減するための導波路形ビームスポット変換素子
およびその製造方法、ならびにかかるビームスポット変
換素子で用いるのに好適なスポットサイズの大きい半導
体光導波路およびその製造方法に関するものである。
【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。
【０００３】近年、半導体光集積回路の研究が活発に行
われている。その中における重要技術課題のひとつとし
て半導体光導波路と入射・受光用光導波路（たとえば光
ファイバ）との結合損失の低減化がある。
【０００４】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ので、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
【０００５】
【数１】 η＝４／（ｗ1 ／ｗ2 ＋ｗ2 ／ｗ1 ）2 （１） と表される。
【０００６】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単一モード光
ファイバ（以下、ＳＭＦと略す）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ｗ1 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。半導体
光導波路のスポットサイズが０．５μｍとすると、式
（１）より結合効率ηは０．０６、すなわち結合損失
（１０×ｌｏｇ（η））は１２．２ｄＢとなる。
【０００７】そこで、後述するように、単一モードの光
ファイバのスポットサイズを半導体光導波路と同程度ま
で小さくするために、光ファイバの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。
【０００８】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つのガウシアンビームが光軸に垂直にｘだけ軸ずれし
て結合する場合の結合効率ηは
【０００９】
【数２】 η＝ｅｘｐ（−ｘ2 ／ｗ2 ） （２） で与えられ、ｗが０．５μｍのガウシアンビームが、光
軸と垂直方向に１μｍだけずれた場合でも、２つのガウ
シアンビームの結合損失は１７．４ｄＢとなり、軸ずれ
のトレランスが極めて厳しくなる。
【００１０】このように、スポットサイズｗがサブミク
ロンと小さいときには、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。
【００１１】また、実際には、先球ＳＭＦの先端の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））。
【００１２】そこで、半導体光導波路のスポットサイズ
をＳＭＦと同程度まで大きくすることが必要となる。
【００１３】図４５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の従来例を示す斜視図である。図４
６および図４７は、それぞれ、図４５におけるＡＡ′線
およびＢＢ′線断面図である。
【００１４】ここで、１０１はクラッド、１０２は出射
用光導波路のコア、１０３はコア１０２に連続するスポ
ットサイズ変換用光導波路のコアである。この従来例で
は、受光用光導波路として先球ＳＭＦを用いており、１
０４はこの先球ＳＭＦのクラッド、１０５は先球ＳＭＦ
のコアである。Ｒ1 は先球ＳＭＦにおける先球の半径で
ある。
【００１５】この従来例の動作原理を説明する。スポッ
トサイズ変換用光導波路のコア１０３は図４５や図４６
からわかるように、先端がテーパ状に徐々に細くなって
いる。従って、出射用光導波路のコア１０２を伝搬して
きた光がスポットサイズ変換用光導波路のコア１０３を
伝搬すると、光がクラッド１０１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。
【００１６】図４８はコアの厚さとスポットサイズとの
関係を示す特性図である。ここでは、スラブ導波路解析
（１次元断面での解析）を行ったが、２次元断面で解析
しても結果はほぼ同じである。なお、コアの屈折率は
３．４４とした。この解析結果からわかるように、コア
の厚みを薄くすると、光はもれ出していき、スポットサ
イズは大きくなる。他方、コアの厚みを厚くすると、ス
ポットサイズは大きくなる。
【００１７】しかしながら、コア１０３の幅を細くまた
は厚みを薄くすると、光導波路として伝搬モードが存在
できない状態、すなわちカットオフ状態となってしま
い、逆に結合損失が増加してしまうことになる。従っ
て、従来の実施例では、光導波路のスポット拡大率には
限界があった。
【００１８】図４９はガラス光導波路についての第２の
従来例の構造を示す断面図であり、図５０はその製造法
を説明する図である（文献：（Ｎ．Ｙａｍａｇｕｃｈｉ
ａｎｄ Ｙ．Ｋｏｋｕｂｕｎ，“Ｓｐｏｔ Ｓｉｚｅ
Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｂｙＴａｐｅｒｅｄ Ｗａｖｅ
ｇｕｉｄｅｓ”，Ｓｅｃｏｎｄ Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒ
ｏｎｉｃｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ＯＥＣ ’８８，
ＴｅｃｈｎｉｃａｌＤｉｇｅｓｔ，２Ｃ２−２，ｐｐ．
１５０−１５１，Ｏｃｔｏｂｅｒ ２−４，１９８８，
Ｔｏｋｙｏ）。
【００１９】ここで、１１１はシリコン基板、１１２は
Ｃ７０５９反射防止層（屈折率１．５４，厚さ０．３５
μｍ）、１１３はＳｉＯ2 クラッド層（屈折率１．４６
３４，厚さ６μｍ）、１１４はＳｉＯ2 コア層（屈折率
１．４６５３，厚さ４μｍ）、１１５はＳｉＯ2 クラッ
ド層（屈折率１．４６３４，厚さ４μｍ）、１１６はテ
ーパ状に形成されたＣ７０５９コア（屈折率１．５４，
厚さ０．６２μｍ）である。
【００２０】本例では、図４９の左半分がスポットサイ
ズの小さい領域であり、右半分がスポットサイズの大き
な領域である。図５０からわかるように、本例では、ス
ペーサ１１７により基板１１１上に間隔をおいて配置さ
れたシャドウマスク１１８により陰となる領域を設け、
ＳｉＯ2 もしくはＣ７０５９を堆積してテーパ領域１１
６を製作している。
【００２１】本例はガラス光導波路についての例であ
り、特にスポットサイズが大きな領域において光導波路
の厚みを大きく変えることは半導体材料の場合には極め
て困難であり、半導体光導波路に本例の製作法を適用す
ることは困難であるという欠点があった。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
スポットサイズを変換するための光導波路として、従来
はコアの厚みや幅をテーパ状に細くするだけであったの
で、導波光としてカットオフに近くなり、光は放射され
易く、結合損失を著しく低減することは困難であり、従
ってスポットサイズの大きさの変換効率に限界があり、
およびスポットサイズが大きな光導波路をテーパ状に製
作することが困難であるという欠点があった。
【００２３】そこで、本発明の目的は、導波光の分布を
より広げることにより外部入出力導波路との結合損失を
低減することのできる導波路形ビームスポット変換素子
およびその製造方法を提供することにある。
【００２４】本発明の他の目的は、スポットサイズを拡
大した半導体光導波路の屈折率制御を再現性よくかつ高
精度に行うことのできる半導体光導波路およびその製造
方法を提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、請求項１記載の本発明は、光を出射する光導
波路であって実質的に単一モードの光を出射する出射用
光導波路部と、該出射用光導波路部のコアと連続するコ
アを有しスポットサイズを変換するスポットサイズ変換
用光導波路部と、変換されたスポットの光を伝搬する光
伝搬部とを基板上に配設した導波路形ビームスポット変
換素子において、前記スポットサイズ変換用光導波路部
のコアを素子先端部へ向けて幅方向にテーパ状に変化さ
せるとともに、厚み方向にテーパ状に薄くし、かつ前記
コアを前記スポットサイズ変換用光導波路部において打
ち切り、および前記基板よりも屈折率が高い少なくとも
１個以上の第２コアを前記出射用光導波路部および前記
スポットサイズ変換用光導波路部の前記コアの上および
下の少なくとも一方に配設したことを特徴とする。
【００２６】請求項２に記載の発明は、光を出射する光
導波路であって実質的に単一モードの光を出射する出射
用光導波路部と、該出射用光導波路部のコアと連続する
コアを有しスポットサイズを変換するスポットサイズ変
換用光導波路部と、変換されたスポットの光を伝搬する
光伝搬部とを基板上に配設した導波路形ビームスポット
変換素子において、前記スポットサイズ変換用光導波路
部のコアを素子先端部へ向けて幅方向にテーパ状に変化
させるとともに、厚み方向にテーパ状に薄くし、かつ前
記コアを前記スポットサイズ変換用光導波路部において
打ち切り、および前記基板よりも屈折率が高い少なくと
も１個以上の第２コアを前記スポットサイズ変換用光導
波路部の前記コアの上および下の少なくとも一方に配設
したことを特徴とする。
【００２７】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２記載の導波路形ビームスポット変換素子の製造方法に
おいて、前記スポットサイズ変換用光導波路部の前記コ
アを、その厚みを領域選択成長技術で少なくとも厚み方
向にテーパ状に変化させて形成することを特徴とする。
【００２８】請求項４に記載の発明は、請求項１または
２記載の導波路形ビームスポット変換素子の製造方法に
おいて、前記スポットサイズ変換用光導波路部の前記コ
アにあらかじめエッチストップ層を介在させておき、前
記スポットサイズ変換用光導波路部の前記コアを、ウェ
ットエッチングにより少なくとも厚み方向にテーパ状に
形成することを特徴とする。
【００２９】請求項５に記載の発明は、請求項４記載の
導波路形ビームスポット変換素子の製造方法において、
前記ウェットエッチングで形成した前記スポットサイズ
変換用光導波路部の前記コアの厚み方向のテーパ部分に
幅方向に複数個のテーパを形成し、導波光の等価屈折率
を長手方向において緩やかに変化させることを特徴とす
る。
【００３０】請求項６に記載の発明は、基板と、前記基
板の上部に配置され、前記基板よりも屈折率が高く、前
記基板と格子整合したＩｎＡｌＡｓ層とＩｎＰ層とを交
互に積層して構成した第１コア層と、前記第１コア層の
上部に配置され、前記第１のコア層よりも屈折率が低い
クラッド層とを具えたことを特徴とする。
【００３１】請求項７に記載の発明は、請求項６記載の
半導体光導波路において、前記第１コア層の中に配置さ
れ、前記第１コア層よりも屈折率が高く、素子先端部に
向かって幅方向に徐々に狭くもしくは広く形成されると
ともに、厚み方向に徐々に薄く形成され、かつ素子先端
部に達する前になくなる第２コア層をさらに具えたこと
を特徴とする。
【００３２】請求項８に記載の発明は、請求項７記載の
半導体光導波路を製造するにあたり、前記第２コア層内
に、前記第２コア層に対して選択性のあるエッチストッ
プ層を介在させておき、前記第２コア層を、選択ウェッ
トエッチング技術を用いて、少なくとも厚み方向に徐々
に変化させて形成することを特徴とする。
【００３３】請求項９に記載の発明は、請求項８記載の
半導体光導波路の製造方法において、前記第２コア層
を、その厚みを領域選択成長技術を用いて少なくとも厚
み方向に徐々に変化させて形成することを特徴とする。
【００３４】
【作用】本発明ではスポットサイズ変換部の光導波路の
コアの厚みを薄くすることにより、光を漏れださせ、か
つ素子の端部の光伝搬部に至る前にスポットサイズ変換
部においてコアを打ち切って素子端部には屈折率が高い
出射用光導波路のコアが形成されないように構成し、し
かもまた、本発明では、基板よりも屈折率が高いが出射
用光導波路を伝搬する導波光の分布に影響を与えない程
度の屈折率を有するコアを新たに出射用光導波路とスポ
ットサイズ変換用光導波路の少なくとも下もしくは上に
設けている。これらの構成により、本発明では、導波モ
ードがカットオフとならず、しかも放射モードと結合し
て放射損が増加することがないため、スポットサイズを
広げることができる。その結果、本発明によれば、半導
体光導波路と外部光ファイバとの光結合損失を低減する
とともに軸ずれのトレランスを大幅に改善でき、半導体
光導波路と外部光ファイバとの結合を容易に行える。
【００３５】本発明では、光出射用光導波路のコアの少
なくとも上もしくは下に基板よりも屈折率の高いコアを
設け、かつスポットサイズ変換用光導波路のコアが素子
先端部に達する前に打ち切られている点、スポット変換
部のコアの厚みを薄くするために領域選択成長技術ある
いはウェットエッチング技術を用いている点で従来技術
とは異なっている。
【００３６】さらにまた、本発明では、ＭＱＷコア層の
ウェル層にＩｎＰ，バリア層にＩｎＡｌＡｓを用いるこ
とによって、再現性よく高精度にＭＱＷコア層の屈折率
を制御して、スポットサイズの大きい半導体光導波路を
提供することができる。
【００３７】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
【００３８】図１、図２、図３および図４は、それぞ
れ、本発明の第１の実施例の斜視図、縦断面図、図２の
ＣＣ′線断面図およびＤＤ′線断面図である。図中、１
はＩｎＰ（屈折率ｎ1 ＝３．１７）クラッド、２は出射
用光導波路部Ｉのコア（ここではバンドギャップ波長λ
g ＝１．３μｍ、屈折率ｎ2 ＝３．３９）、３はスポッ
トサイズ変換部IIのコア、４は出射用光導波路部Ｉ，ス
ポットサイズ変換部IIおよび光伝搬部III を通して一体
的に設けられた第２コア（屈折率ｎ3 ＝３．２１３）、
５はＩｎＰ基板、６はＩｎＰ埋め込み層（ｎ1 ＝３．１
７）である。
【００３９】本実施例ではスポットサイズ変換部のコア
３の厚さをテーパ状に薄くすると共に幅を広げることに
より、出射用光導波路２を伝搬してきた光を横方向に広
げている。また、コア３の厚みを薄くすることにより、
上下方向にも光の界分布を広げている。本発明では出射
用光導波路部Ｉのコア２を伝搬してきた光は、スポット
サイズ変換用光導波路部IIのコア３を伝搬していくが、
このコア３が最終的になくなるように設計しているた
め、導波光は第２コア４を伝搬することになる。ところ
が第２コア４の屈折率ｎ3 は基板５の屈折率ｎ1 よりも
極くわずかだけ高くしているので、導波光はカットオフ
とならずに導波され、その界分布は大きく広がることに
なる。
【００４０】図５は本発明の第２の実施例を示す斜視図
であり、第１の実施例と同様の個所には同一の符号を付
す。本実施例では、スポットサイズ変換部IIのコア３を
テーパ状に薄くするとともに幅をテーパ状に狭くするこ
とにより導波光をコア３から漏れださせ界分布を広げて
コア４に光を伝搬させている。
【００４１】図６，図７および図８は本発明の第１およ
び第２の実施例において、スポットサイズ変換部IIのコ
ア３の厚さを薄くするための方法を説明するための、そ
れぞれ、平面図、図６のＥＥ′線断面図および図６のＦ
Ｆ′線断面図である。図６〜図８において、第２コア４
上に配設するＳｉＯ2 マスク１１の面積を場所的に変え
ることにより、成長層の膜厚を場所的に変えることので
きる領域選択成長技術（文献：１９９１年電子情報通信
学会秋期大会Ｃ−１３３）を用いている。ここで、Ｓｉ
Ｏ2 マスク１１のうちコア３に対応する部分の面積をテ
ーパ状に定めることによって、図７と図８とを比較する
とわかるように、ＳｉＯ2 マスク１１がある領域近傍の
ＩｎＧａＡｓＰ層１２の厚みをその他の領域のＩｎＧａ
ＡｓＰ層１３の厚みよりも厚くすることができる。
【００４２】この後、ＳｉＯ2 マスク１１を除去し、Ｉ
ｎＧａＡｓＰ層１２および１３をエッチングして、図１
や図５の斜視図に示すように、テーパ状のコア３を形成
すればよい。
【００４３】図９および図１０は、それぞれ、本発明の
第３および第４実施例を示す斜視図であり、図１１はこ
れら第３および第４実施例の縦断面図である。図１２お
よび図１３は、それぞれ、図１１のＧＧ′線およびＨ
Ｈ′線断面図である。これら第３および第４実施例は、
それぞれ、図１〜図４および図５にそれぞれ示した第１
の実施例および第２の実施例において、屈折率が基板５
よりも高い第３のコア１０を第２コア４上に設けた場合
である。
【００４４】なお、図１１において、第３のコア１０の
上側表面もテーパ状コア３のテーパ面に沿ったテーパを
もつように描いているが、実際にはコア３の最大厚みが
０．３μｍ程度で、コア４の厚みが４μｍ程度であるこ
とから、コア１０の上側表面はほぼ平坦である。図１１
ではコア３の上側表面を誇張してテーパ状に示してい
る。
【００４５】図１４は本発明の第５実施例を示す斜視
図、図１５はその縦断面図である。図１６，図１７およ
び図１８は、それぞれ、図１５のＩＩ′線，ＪＪ′線お
よびＫＫ′線断面図である。図１９，図２０および図２
１は、それぞれ、本実施例の構造の製作法を説明する斜
視図、ＬＬ′線断面図、およびＭＭ′線断面図である。
ここで、第２コア４上に設けるＳｉＯ2 のマスク１１の
窓を素子の端部に向ってテーパ状に形成している。選択
成長では、成長は斜めに生じるため、ＬＬ′線断面にお
いては、ＩｎＧａＡｓＰコア２は台形に形成されるのに
対して、ＭＭ′線断面においては、ＩｎＧａＡｓＰコア
３は三角形に形成される。テーパの細い先端では極めて
小さい三角形になり最終的に導波光はコア３から放射さ
れ、図１４〜図１８に示した第２コア４や第３コア１０
を伝搬し、スポットサイズが拡大される。なお、この場
合、第３コア１０を設けなくてもスポット拡大について
のある程度の効果があることは言うまでもない。
【００４６】図２２および図２３に実線で示す特性は図
１〜図４に示した本発明の第１の実施例および図５に示
した本発明の第２の実施例の第２コア４の幅Ｗ（ここで
は計算の便宜上幅と厚みを同じとするが、両者は異なっ
ていてもよい）を変数とした場合のスポットサイズおよ
び第２コア４を伝搬してきた導波光の単一モード光ファ
イバ（ファイバのスポットサイズは４μｍとする）との
結合損失の計算結果である。破線で示す特性は、後述す
る比較例の場合を示す。また、本発明を適用しない従来
例として、ＩｎＧａＡｓコア（λｇ＝１．３μｍ）のみ
を用い、そのコア幅を１．５μｍおよびコア厚を０．４
μｍとした場合の幅方向および深さ方向のスポットサイ
ズ、および結合損失の大きさを、それぞれ、図２２およ
び図２３の縦軸に矢印で示した。これらの図から、コア
幅Ｗが大きくなるとともに、スポットサイズが拡大さ
れ、その結果、単一モード光ファイバとの結合損失を低
減できることがわかる。
【００４７】なお、図２２および図２３は、図９および
図１０にそれぞれに示した本発明の第３および第４の実
施例については、第２コア４と第３コア１０の屈折率は
等しいとし、またそれらの厚みは第２コア４と第３コア
１０の厚みの和とした場合に対応している。この場合に
は、図９〜図１３からわかるように、スポットサイズ変
換部IIのコア３に対し、第２コア４と第３コア１０がほ
ぼ対称に配置しているため、スポットサイズ変換部IIの
コア３を伝搬してきた光が第２コア４と第３コア１０か
らなる大きなコアへのモード変換の効率が高くなる。
【００４８】また、本発明では、基板（ここではＩｎＰ
基板５）よりも屈折率が高い第２コア４や第３コア１０
を設けているので、スポットサイズ変換部IIのコア３を
細くしても導波モードがカットオフとならない。その結
果、スポットサイズ変換部IIにおいて放射損失が大きく
ならずに済み、より高効率なスポットサイズ変換を行う
ことができるという利点がある。
【００４９】さらに、スポットサイズが拡大されている
ので、式（２）からわかるように、軸ずれのトレランス
も拡大されていることは言うまでもない。
【００５０】なお、本発明では、スポットサイズ変換部
IIのコア３をテーパ領域で打ち切り、素子端部の光伝搬
部III に屈折率が高い層（ＩｎＧａＡｓＰ，λg ＝１．
３μｍ）が来ないようにしているが、この効果を明らか
にするために、素子端部の光伝搬部III にまでテーパ領
域のコア３を延ばした従来例の場合、すなわち厚み０．
１３μｍのＩｎＧａＡｓＰ（λｇ＝１．３μｍ）による
コア３を端子端部まで延在させ、その上下両面を幅Ｗで
厚みＷ／２のコア（η＝３．２１３）でサンドイッチし
た構造についての結果を比較例として参考のために図２
２および図２３に破線で示す。この比較例では屈折率の
高いＩｎＧａＡｓＰ層がコア層間にあるので導波光は厚
み方向に充分に広がらない。これに対して、本発明で
は、屈折率が高いコア層３を光伝搬部III まで延ばさ
ず、スポットサイズ変換部IIでテーパ状に打ち切ってい
るために、極めて低損失な光結合が実現できると結論で
きる。
【００５１】なお、比較例では、幅Ｗを大きくすると多
モードとなり易く、あまり幅を広くできないという欠点
がある。なお、この計算結果においては、第２コア４や
第３コア１０の屈折率は３．２１３としたが、クラッド
（ここではＩｎＰ）の屈折率に近い値の材料であれば、
厚みの薄いＩｎＧａＡｓウェルやＩｎＰバリアにより構
成した多重量子井戸（一般に超格子と呼ばれており、バ
ンドギャップと屈折率を独立に設定できる特徴があ
る），ＩｎＧａＡｓＰ，ＩｎＡｌＡｓ等いかなる材料を
用いてもよい。
【００５２】また、出射用光導波路のコア２（ＩｎＧａ
ＡｓＰ、λg ＝１．３μｍ）と第２コア４や第３コア１
０（屈折率ｎ＝３．２１３）との屈折率差は５．５％と
大きく、ＩｎＰクラッド（屈折率３．１７）の場合の屈
折率差６．９％とほぼ同等である。従って、出射用光導
波路部のコア２においては光はコアに充分閉じ込められ
ており、光スイッチング等の機能を出射用光導波路部に
持たせることができる。しかもまた、スポットサイズが
小さなスポットサイズ変換部IIと出射用光導波路部Ｉと
のバットジョイント損失が小さくて済むことになる。
【００５３】あるいはまた、第２コア，第３コアにとど
まらず、もっと多くのコアを設けてもよいし、それらの
間に屈折率分布を持たせてもよい。
【００５４】さらにまた、第２コアと第３コアの厚みが
同じでなくてもよい。一般に、半導体光デバイスの場合
にはコアの上側のクラッドの厚みはあまり厚くできない
ので、第２コアの厚みを第３コアの厚みよりも厚くする
ことにより、第２コアと第３コアの厚みの和を大きくで
きる。
【００５５】図２４および図２５は本発明の第６および
第７の実施例をそれぞれ示す。図２６はこれら第６およ
び第７の実施例の縦断面図を示す。これら第６および第
７の実施例では、一旦、ＩｎＰクラッド１をエッチング
した後、スポットサイズ変換部IIのコア３の箇所から第
３のコア１０を再成長させる。
【００５６】図２７および図２８は、それぞれ、本発明
の第８および第９の実施例を示す斜視図、図２９はこれ
ら実施例の縦断面図であり、出射用光導波路部Ｉのコア
２を形成する前にＩｎＰ基板８をエッチングしてエッチ
アウトした素子端部の部分に第２コア層４を再成長さ
せ、その後はこれまでの実施例と同様にスポットサイズ
変換部IIを製作する。
【００５７】また、スポットサイズ変換部IIにおける厚
み方向のテーパ形状は、図３０および図３１に示す第１
０の実施例のように、仮想テーパ線に沿って順次に延在
する複数のＩｎＧａＡｓＰ層１４の間に、複数のＩｎＰ
エッチストップ層１５を介挿しておき、両者の各層をウ
ェットエッチングによって上記の仮想テーパ線に沿うよ
うに順次に製作することもできる。
【００５８】図３２および図３３は、それぞれ、本発明
の第１１の実施例の縦断面図および平面図である。この
第１１の実施例では、図３０と異なり、スポットサイズ
変換部IIのテーパ形状を複数個のテーパ形状で形成して
いるため、テーパ光導波路の長手方向における等価屈折
率を図３０に示した第１０の実施例の場合よりも等価的
に緩やかに変えることができ、スポットサイズ変換部II
におけるスポットサイズ変換効率が向上することにな
る。
【００５９】なお、これらのテーパの形成については第
３コアがない場合にも適用できることは言うまでもな
い。
【００６０】これまでに説明してきた本発明の第１〜第
１１の実施例では、いずれも、第２コア４および第３コ
ア１０をメサ形状に形成し、その両側面をクラッド６で
埋め込んで横方向の光閉じ込めを行っているが、コア４
および１０の厚さが厚くなるとクラッド６による埋め込
みが難しくなる。
【００６１】そこで、以下に示す第１２〜第１９の実施
例では、第２コア４および第３コア１０については、メ
サ形状とせずに基板５と同様に平板状に形成し、埋め込
み層６を設けずにクラッド１をスポットサイズ変換部II
および光伝搬部III にまで延在させ、これら両部分IIお
よびIII におけるクラッド１をメサ形状に形成して横方
向の光閉じ込めを行う。
【００６２】図３４に示す第１２の実施例では、テーパ
状コア３の幅が広がるのに対応してクラッド１のメサ部
１Ａの幅も広げている。
【００６３】図３５に示す第１３の実施例では、クラッ
ド１のメサ部１Ａの幅を一定に定めている。
【００６４】図３６に示す第１４の実施例では、テーパ
状コア３の厚さをテーパ状に薄くすると共に幅をテーパ
状に狭くし、かつクラッド１のメサ部１Ａの幅を広げて
いる。
【００６５】図３７に示す第１５の実施例では、図３６
に示したのと同様のテーパ状コア３に対して、クラッド
１のメサ部１Ａの幅を一定に定めている。
【００６６】図３８〜図４１に示す第１６〜第１９の実
施例では、第２コア４に加えて第３コア１０を設けてい
るが、クラッド１のメサ部１Ａおよびコア３について
は、それぞれ、図３４〜図３７に示した第１２〜第１５
の実施例と同様に構成する。
【００６７】図４２はこれら第１６〜第１９の実施例の
縦断面図、図４３および図４４は、それぞれ、図４２の
ＮＮ′線およびＯＯ′線断面図である。
【００６８】なお、図３４〜図４４において、メサの深
さは導波モードが単一モード伝搬となるように定める。
従って、単一モード性が保たれるならば、第３コア１０
や第２コア４までメサを深く切り込んでもよい。
【００６９】あるいはまた、例えば図３４の実施例にお
いては、横方向における光の閉じ込めをメサを形成する
ことにより行っているが、このようにメサを構成する代
わりに、図３４の場合であれば第２コア４を部分的に厚
くすることによっても横方向における閉じ込めを行うこ
とが可能である。
【００７０】光半導体導波路のスポットサイズをＳＭＦ
のそれと同程度の大きさにするためには、コア層とクラ
ッド層との屈折率差Δｎを小さくし、光の界分布を広げ
ることが考えられる。ひとつの方法として、混晶の組成
比を変えることによって、Δｎをわずかに設ける方法が
ある。たとえば、コア層にＧａＡｓ、クラッド層にＡｌ
X Ｇａ1-X Ａｓを用いるとする（参考文献 Ｌｉｎ ｅ
ｔ．ａｌ． Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．２１，５９
８（１９８５））。ここで、小さなΔｎを設けるために
は、クラッド層であるＡｌX Ｇａ1-X ＡｓのＡｌ分率を
正確に制御せねばならず、制御が非常に困難であり、実
用性に乏しい。
【００７１】そこで、もうひとつの方法として、図５１
に示すように多重量子井戸（以下ＭＱＷ）を用いてコア
の屈折率を制御した構造が提案されている（参考文献
Ｄｅｒｉ ｅｔ．ａｌ． Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｔ．５５，１４９５（１９８９））。図５１において、
２０１は半絶縁性ＩｎＰ基板、２０２はＩｎＰバッファ
層、２０３はコア層、２０４はＩｎＰ上部クラッド層で
ある。各層はすべてノンドープである。コア層２０３は
ＭＱＷ構造になっており、その構成は、ウェルに厚さ
３．５ｎｍのＩｎＧａＡｓ（λ＝１．１３μｍ）層、バ
リアに厚さ１３９．４ｎｍのＩｎＰ層となっている。ウ
ェル層とバリア層は交互に１５層ずつ存在する。
【００７２】ＭＱＷの等価的な屈折率ｎMQW は、次式で
表される。
【００７３】
【数３】 ｎMQW ＝（（ｎ1 2ｄ1 ＋ｎ2 2ｄ2 ）／（ｄ1 ＋ｄ2 ））1/2 （３） なお、ｎ1 はウェルの屈折率、ｎ2 はバリアの屈折率、
ｄ1 はウェルの膜厚、そしてｄ2 はバリアの膜厚であ
る。これからわかるように、ウェルとバリアの屈折率が
既知であれば、ウェルとバリアの膜厚を任意に選択する
ことによって、所望の屈折率を設定することができる。
最近のＭＯＶＰＥやＭＢＥ等の成長方法を用いれば、膜
厚制御は１ｎｍオーダの精度で制御できる。式（３）よ
り上記のＭＱＷであるコア層２０３の等価的屈折率は
３．１７３程度になる。クラッド層であるＩｎＰの屈折
率は３．１７であるので、Δｎは１×１０-3程度と小さ
い値とすることができる。
【００７４】しかしながら、このような従来の構造には
次に示す問題があった。すなわち、ＭＱＷのウェルに用
いたＩｎＧａＡｓＰ（λ＝１．１３μｍ、屈折率ｎ＝
３．２９５６）は四元混晶である。したがって、成長中
のＡｓ圧やＰ圧の変動によって、組成が所望の値からバ
ンドギャップ波長にしてΔλ＝０．０２μｍ程度ばらつ
く。また、ウエハ面内のばらつきも同程度考えられる。
【００７５】図５２はＩｎＧａＡｓＰ四元混晶のバンド
ギャップ波長と屈折率との関係を示す図である。この図
からわかるように、ＩｎＧａＡｓＰのバンドギャップ波
長が変われば、屈折率も変化してしまい、Δｎの高精度
の制御ができない。そのため、スポットが十分に大きく
ならなかったり、また放射してしまったりする問題があ
った。また、半導体導波路形光スイッチのような大面積
のデバイスでは、ウェハ面内のばらつきのため、上記と
同様な問題があった。
【００７６】このように、従来の技術ではＭＱＷのウェ
ル層にＩｎＧａＡｓＰ四元混晶を用いているため、組成
制御すなわち屈折率制御が十分にできず、スポットサイ
ズをひろげた光導波路を再現性よくかつ高精度に形成で
きなかった。
【００７７】以上の点に鑑みて、本発明の上述した実施
例における第２コア４や第３コア１０として、ＩｎＡｌ
ＡｓとＩｎＰとを交互に積層するなどにより屈折率を制
御した積層構造を用いた第２０〜２２実施例を以下に説
明する。
【００７８】図５３は本発明の第２０の実施例を説明す
る図であり、光軸と水平な方向の断面図である。層構造
は、下から順にＩｎＰ基板３１，ＩｎＰ下部クラッド層
３２，ＭＱＷコア層３３，ＩｎＰ上部クラッド層３４で
ある。ＭＱＷの層構成は、ウェルにＩｎＰ（２４０ｎ
ｍ）、バリアにＩｎＡｌＡｓ（２０ｎｍ）を用い、繰り
返し周期は６である。
【００７９】上記に示す構造において、コアの屈折率は
以下に示すようになる。ＩｎＰの屈折率を３．１６９
３、ＩｎＡｌＡｓの屈折率を３．２１３とすると、式
（３）より、ＭＱＷコア層３３の屈折率は３．１７２７
となり、ＩｎＰクラッドとの屈折率差Δｎは、３．４×
１０-3となる。このような小さなΔｎのため、コアの光
の閉じ込めは緩くなり、界分布が広がり、その結果スポ
ットサイズが大きくなる。なお、ＩｎＡｌＡｓの屈折率
は、Ｘ線回折でＩｎＰと格子整合する組成（Ｉｎ0.52Ａ
ｌ0.48Ａｓ）さえつかんでおけば、一義的に決まる。
【００８０】上記の説明から明らかなように、ＭＱＷに
ＩｎＧａＡｓＰ四元混晶を使用する従来の方法に比べ
て、ＩｎＡｌＡｓ３元混晶を使用する本実施例の方が、
混晶を構成する元素数も少く、組成制御が容易である。
さらにまた、ＩｎＧａＡｓＰ四元混晶の場合、Ｘ線回折
でＩｎＰとの格子整合を確認しても、一義的に屈折率が
決定するとは限らず、フォトルミネッセンスでバンドギ
ャップエネルギーをも確認して、初めて屈折率が決定す
る。このことからみても、Ｘ線回折のみで一義的に屈折
率を決定できるＩｎＡｌＡｓを用いたＭＱＷの方が、Ｉ
ｎＧａＡｓＰを用いたＭＱＷよりも屈折率制御が容易で
ある。
【００８１】図５４は本発明の第２１の実施例を説明す
る図であり、光軸と水平な方向の断面図である。層構造
は、下から順にＩｎＰ基板４１，ＩｎＰ下部クラッド層
４２，ＭＱＷ第１コア層４３，ＩｎＰ上部クラッド層４
４で、ＩｎＧａＡｓＰ第２コア４５をＭＱＷ第１コア４
３の中に設ける。
【００８２】コアは、ＩｎＧａＡｓＰ第１コア４５とＭ
ＱＷ第２コア４３の形状に応じて、以下に述べる３つの
部分から構成される。ＩｎＧａＡｓＰ第２コア４５とＭ
ＱＷ第１コア４３とがともに存在する出射用光導波路部
Ｉ、ＩｎＧａＡｓＰ第２コア４５が導波方向にむかって
厚さが徐々に薄くなるとともに、導波路幅が広く、ある
いは狭くなっているスポットサイズ変換部ＩＩ、および
ＭＱＷ第１コア４３のみからなる光伝搬部ＩＩＩの３つ
の部分である。ＭＱＷの層構成は、ウェルにＩｎＰ（２
４０ｎｍ）、バリアにＩｎＡｌＡｓ（２０ｎｍ）を用
い、繰り返し周期は６である。
【００８３】次に、第２１の実施例における光導波路の
製作工程を以下に示す。図５５は本発明の第２１の実施
例の光導波路の製作工程を説明する図であり、光軸と水
平方向の断面図である。Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ基板
５０１上に、ＭＯＶＰＥ法によって以下に述べる層を順
次に成長させる。すなわち、ＩｎＰ下部クラッド層５０
２，ＭＱＷ第１コア層５０３，ＩｎＰエッチストップ層
５０４，ＩｎＧａＡｓＰ層５０５，ＩｎＰエッチストッ
プ層５０６，ＩｎＧａＡｓＰ層５０７，ＩｎＰエッチス
トップ層５０４，ＩｎＧａＡｓＰ層５０５，ＩｎＰエッ
チストップ層５０６，ＩｎＧａＡｓＰ層５０７，ＩｎＰ
エッチストップ層５０８，ＩｎＧａＡｓＰ層５０９，Ｉ
ｎＰエッチストップ層５１０，ＩｎＧａＡｓＰ層５１
１，ＩｎＰエッチストップ層５１２，ＩｎＧａＡｓＰ層
５１３をこの順序に成長させる。
【００８４】ＩｎＧａＡｓＰの組成は、バンドギャップ
波長にして１．２６μｍである。ＩｎＰエッチストップ
層５０４からＩｎＧａＡｓＰ層５１３までを合わせたも
のが、図５４に示したＩｎＧａＡｓＰ第２コア層４５に
相当するものである。
【００８５】続いて、図５６にＩｎＧａＡｓＰ第２コア
層４５のスポットサイズ変換部ＩＩの製作工程を説明す
る。図５６における工程のすべてはウェットエッチング
で行う。まず、ＩｎＧａＡｓＰ層５１３をＩｎＰエッチ
ストップ層まで選択エッチングする。次に、光導波方向
にむかって厚さが徐々に薄くなるように、ＩｎＰエッチ
ストップ層５１２をエッチングし、引き続いてＩｎＧａ
ＡｓＰ層５１１をエッチングする。以上の処理を繰り返
し行い、ＩｎＰエッチストップ層５１０，５０８，５０
６およびＩｎＧａＡｓＰ層５０９，５０７，５０５まで
選択エッチングを行う。
【００８６】次に、図５７および図５８でＩｎＧａＡｓ
Ｐ第２コア層４５のストライプを形成する工程を説明す
る。ウェットエッチングで出射用光導波路部の幅がＬ、
また、スポットサイズ変換部の幅を、図５７に示すよう
に徐々に狭くなるようにするか、あるいは図５８に示す
ように徐々に広くなるようにする。
【００８７】次に、図５９を参照して再成長とメサスト
ライプを形成する工程を説明する。まず、ＭＱＷ第１コ
ア層５０３上にＭＯＶＰＥ法でＭＱＷ第２コア層９０３
を成長させ、さらにＩｎＧａＡｓＰ第２コア層４５上
に、ＭＯＶＰＥ法でＩｎＰ上部クラッド層９０５を成長
させる。次に、ウェットエッチングでＩｎＰ上部クラッ
ド層９０５、ＭＱＷ第１コア層５０３および９０３を図
５９に示すような幅Ｗのメサストライプの形状に形成す
る。
【００８８】以上に説明した構造において、ＩｎＧａＡ
ｓＰ第２コア層４５（図５４）の屈折率は、式（３）よ
り３．３３４２である。また、ＭＱＷ第１コア層４３の
屈折率は第２０の実施例より３．１７２７である。
【００８９】図５４の紙面の左手から進行してきた導波
光は、出射用光導波路部では、上記ＩｎＧａＡｓＰ第２
コア層４５とＭＱＷ第１コア層４３との大きな屈折率差
を感じて、強く閉じ込められた状態で伝搬してくる。次
に、スポットサイズ変換部にくると、ＩｎＧａＡｓＰ第
２コア層４５とＭＱＷ第１コア４３との屈折率差が、光
の伝搬方向に対して徐々に小さくなっていくので、導波
光は放射を始める。そして、光伝搬部では、導波光は、
ＭＱＷ第１コア層４３で緩やかに閉じ込められて、大き
なスポットサイズの光となる。
【００９０】図６０に本発明の光導波路のリッジ幅と挿
入損失との関係を示す。なお、挿入損失の測定はｆｉｂ
ｅｒ ｔｏ ｆｉｂｅｒで行った。導波路幅１４〜１８
μｍの間で、挿入損失０．７ｄＢが得られた。この損失
の内訳は、伝搬損失が０．４ｄＢ、ファイバとの結合損
失が一端面あたり０．１５ｄＢである。
【００９１】図６１は本発明の第２２の実施例を説明す
る斜視図、図６２および図６３はその断面図である。Ｉ
ｎＰ基板１１０１上に、ＭＱＷ第１コア層１１０２を成
長させたあと、その上にＳｉＯ2 マスク１１０３を形成
する。成長層の膜厚を場所的に変えることのできる領域
選択成長技術（文献：１９９１年電子情報通信学会秋季
大会ｃ−１３３）によって、このような形状のＳｉＯ2
マスク１１０３を用いて、徐々に厚さが変化して行くよ
うなＩｎＧａＡｓＰ第２コア層１１０４を形成すること
ができる。
【００９２】上記で説明した大きなスポットサイズへの
変換、およびその後の導波の可否は、ＭＱＷ第１コア層
４３とＩｎＰクラッド４２，４４との屈折率差をいかに
正確に制御するかで決まる。従来の方法ではＭＱＷにＩ
ｎＧａＡｓＰ四元混晶を使用するのに比べて、本発明で
はＩｎＡｌＡｓ３元混晶を使用するので、混晶を構成す
る元素数も少く、組成制御すなわち屈折率制御が容易で
ある。しかもまた、ＩｎＧａＡｓＰ四元混晶の場合、Ｘ
線回折でＩｎＰとの格子整合を確認しても、一義的に屈
折率が決定するとは限らず、さらにフォトルミネッセン
スでバンドギャップエネルギーをも確認して、初めて屈
折率を決定することができる。このことからみても、Ｘ
線回折のみで一義的に屈折率を決定できるＩｎＡｌＡｓ
を用いたＭＱＷの方が、ＩｎＧａＡｓＰを用いたＭＱＷ
よりも屈折率制御が容易であることがわかる。
【００９３】ＩｎＰ上部クラッド層９０５を再成長させ
るときは、ＬＰＥ法を用いることもできる。また、メサ
ストライプを形成するときは、ウェットエッチングでは
なく、ドライエッチングを用いることもできる。
【００９４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明ではスポッ
トサイズ変換部の光導波路のコアの厚みを薄くすること
により、光を漏れださせ、かつ素子の端部の光伝搬部に
至る前にスポットサイズ変換部においてコアを打ち切っ
て素子端部には屈折率が高い出射用光導波路のコアが形
成されないように構成し、しかもまた、本発明では、基
板よりも屈折率が高いが出射用光導波路を伝搬する導波
光の分布に影響を与えない程度の屈折率を有するコアを
新たに出射用光導波路とスポットサイズ変換用光導波路
の少なくとも下もしくは上に設けている。これらの構成
により、本発明では、導波モードがカットオフとなら
ず、しかも放射モードと結合して放射損が増加すること
がないため、スポットサイズを広げることができる。そ
の結果、本発明によれば、半導体光導波路と外部光ファ
イバとの光結合損失を低減するとともに軸ずれのトレラ
ンスを大幅に改善でき、半導体光導波路と外部光ファイ
バとの結合を容易に行える効果がある。
【００９５】本発明によれば、ＭＱＷコア層を、ＩｎＧ
ａＡｓＰ四元混晶ではなくＩｎＡｌＡｓを用いて構成す
るため、組成制御が容易であり、従って高い精度で層の
屈折率制御ができ、再現性よくスポットサイズを拡大し
た半導体光導波路を提供できる。
【００９６】本発明によるスポットサイズ拡大形光導波
路は、半導体光デバイスのあらゆる個別部品の外部導波
路との接続部に用いることができる他、半導体モノリシ
ック回路やＰｌａｎｅｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒ
ｃｕｉｔ（ＰＬＣ）等のハイブリット回路中のデバイス
間の接続部にも有効に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施例の縦断面図である。
【図３】図２のＣＣ′線断面図である。
【図４】図２のＤＤ′線断面図である。
【図５】本発明の第２の実施例の斜視図である。
【図６】本発明の第２の実施例の縦断面図である。
【図７】図６のＥＥ′線断面図である。
【図８】図６のＦＦ′線断面図である。
【図９】本発明の第３の実施例の斜視図である。
【図１０】本発明の第４の実施例の斜視図である。
【図１１】本発明の第３および第４の実施例の縦断面図
である。
【図１２】図１１のＧＧ′線断面図である。
【図１３】図１１のＨＨ′線断面図である。
【図１４】本発明の第５の実施例の斜視図である。
【図１５】本発明の第５の実施例の縦断面図である。
【図１６】図１５のＩＩ′線断面図である。
【図１７】図１５のＪＪ′線断面図である。
【図１８】図１５のＫＫ′線断面図である。
【図１９】本発明の第５の実施例の製造工程を示す斜視
図である。
【図２０】図１９のＬＬ′線断面図である。
【図２１】図１９のＭＭ′線断面図である。
【図２２】本発明の効果を説明する特性図である。
【図２３】本発明の効果を説明する特性図である。
【図２４】本発明の第６の実施例の斜視図である。
【図２５】本発明の第７の実施例の斜視図である。
【図２６】本発明の第６および第７の実施例の縦断面図
である。
【図２７】本発明の第８の実施例の斜視図である。
【図２８】本発明の第９の実施例の斜視図である。
【図２９】本発明の第８および第９の実施例の縦断面図
である。
【図３０】本発明の第１０の実施例の縦断面図である。
【図３１】本発明の第１０の実施例の平面図である。
【図３２】本発明の第１１の実施例の縦断面図である。
【図３３】本発明の第１１の実施例の平面図である。
【図３４】本発明の第１２の実施例の斜視図である。
【図３５】本発明の第１３の実施例の斜視図である。
【図３６】本発明の第１４の実施例の斜視図である。
【図３７】本発明の第１５の実施例の斜視図である。
【図３８】本発明の第１６の実施例の斜視図である。
【図３９】本発明の第１７の実施例の斜視図である。
【図４０】本発明の第１８の実施例の斜視図である。
【図４１】本発明の第１９の実施例の斜視図である。
【図４２】本発明の第１６〜第１９の実施例の縦断面図
である。
【図４３】図４２のＮＮ′線断面図である。
【図４４】図４２のＯＯ′線断面図である。
【図４５】従来例の斜視図である。
【図４６】図４５のＡＡ′線断面図である。
【図４７】図４５のＢＢ′線断面図である。
【図４８】コア厚みとスポットサイズとの関係を示す特
性図である。
【図４９】他の従来例の断面図である。
【図５０】図４９に示した従来例におけるテーパ領域の
製作工程説明用斜視図である。
【図５１】スポットサイズの大きな光導波路の従来例を
示す図である。
【図５２】ＩｎＧａＡｓＰのバンドギャップ波長と屈折
率との関係を示す図である。
【図５３】本発明の第２０の実施例を説明する断面図で
ある。
【図５４】本発明の第２１の実施例を説明する断面図で
ある。
【図５５】本発明の第２１の実施例を説明する断面図で
ある。
【図５６】本発明の第２１の実施例を説明する断面図で
ある。
【図５７】本発明の第２１の実施例を説明する斜視図で
ある。
【図５８】本発明の第２１の実施例を説明する斜視図で
ある。
【図５９】本発明の第２１の実施例を説明する斜視図で
ある。
【図６０】導波路とＳＭＦとの結合効率の関係を示す図
である。
【図６１】本発明の第２２の実施例を説明する斜視図で
ある。
【図６２】図６１におけるＬＬ′線断面図である。
【図６３】図６１におけるＭＭ′線断面図である。
【符号の説明】
Ｉ 出射用光導波路部 II スポットサイズ変換用光導波路部 III 光伝搬部 １ クラッド ２ 出射用光導波路のコア ３ スポットサイズ変換用光導波路のコア ４ 第２コア ５ ＩｎＰ基板 ６ ＩｎＰ埋め込み層 １０ 第３コア １１ ＳｉＯ2 マスク １２，１３ 領域選択成長で成長したＩｎＧａＡｓＰ層 １４ ＩｎＧａＡｓＰ層 １５ ＩｎＰエッチストップ層 ３１，４１ ＩｎＰ基板 ３２，４２ ＩｎＰ下部クラッド層 ３３ ＭＱＷコア層 ３４，４４ ＩｎＰ上部クラッド層 ４３ ＭＱＷ第１コア層 ４５ ＩｎＧａＡｓＰ第２コア層 １０１ クラッド １０２ 出射用光導波路のコア １０３ スポットサイズ変換用光導波路のコア １０４ 先球ＳＭＦのクラッド １０５ 先球ＳＭＦのコア １０６ スポットサイズ変換部のコア １１１ Ｓｉ基板 １１２ 反射防止層 １１３ ＳｉＯ2 クラッド層 １１４ ＳｉＯ2 コア １１５ ＳｉＯ2 クラッド層 １１６ テーパ状コア １１７ スペーサ １１８ シャドウマスク ２０１ ＩｎＰ基板 ２０２ ＩｎＰバッファ層 ２０３ コア層 ２０４ ＩｎＰ上部クラッド層 ５０１ Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ基板 ５０２ ＩｎＰ下部クラッド層 ５０３ ＭＱＷ第１コア層 ５０４，５０６，５０８，５１０，５１２ ＩｎＰエッ
チストップ層 ５０５，５０７，５０９，５１１，５１３ ＩｎＧａＡ
ｓＰ層 ９０３ ＭＱＷ第１コア層 ９０５ ＩｎＰ上部クラッド層 １１０１ ＩｎＰ基板 １１０２ ＭＱＷ第１コア層 １１０３ ＳｉＯ2 マスク １１０４ ＩｎＧａＡｓＰ第２コア層

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光を出射する光導波路であって実質的に
    単一モードの光を出射する出射用光導波路部と、該出射
    用光導波路部のコアと連続するコアを有しスポットサイ
    ズを変換するスポットサイズ変換用光導波路部と、変換
    されたスポットの光を伝搬する光伝搬部とを基板上に配
    設した導波路形ビームスポット変換素子において、前記
    スポットサイズ変換用光導波路部のコアを素子先端部へ
    向けて幅方向にテーパ状に変化させるとともに、厚み方
    向にテーパ状に薄くし、かつ前記コアを前記スポットサ
    イズ変換用光導波路部において打ち切り、および前記基
    板よりも屈折率が高い少なくとも１個以上の第２コアを
    前記出射用光導波路部および前記スポットサイズ変換用
    光導波路部の前記コアの上および下の少なくとも一方に
    配設したことを特徴とする導波路形ビームスポット変換
    素子。
  2. 【請求項２】 光を出射する光導波路であって実質的に
    単一モードの光を出射する出射用光導波路部と、該出射
    用光導波路部のコアと連続するコアを有しスポットサイ
    ズを変換するスポットサイズ変換用光導波路部と、変換
    されたスポットの光を伝搬する光伝搬部とを基板上に配
    設した導波路形ビームスポット変換素子において、前記
    スポットサイズ変換用光導波路部のコアを素子先端部へ
    向けて幅方向にテーパ状に変化させるとともに、厚み方
    向にテーパ状に薄くし、かつ前記コアを前記スポットサ
    イズ変換用光導波路部において打ち切り、および前記基
    板よりも屈折率が高い少なくとも１個以上の第２コアを
    前記スポットサイズ変換用光導波路部の前記コアの上お
    よび下の少なくとも一方に配設したことを特徴とする導
    波路形ビームスポット変換素子。
  3. 【請求項３】 請求項１または２記載の導波路形ビーム
    スポット変換素子の製造方法において、前記スポットサ
    イズ変換用光導波路部の前記コアを、その厚みを領域選
    択成長技術で少なくとも厚み方向にテーパ状に変化させ
    て形成することを特徴とする導波路形ビームスポット変
    換素子の製造方法。
  4. 【請求項４】 請求項１または２記載の導波路形ビーム
    スポット変換素子の製造方法において、前記スポットサ
    イズ変換用光導波路部の前記コアにあらかじめエッチス
    トップ層を介在させておき、前記スポットサイズ変換用
    光導波路部の前記コアを、ウェットエッチングにより少
    なくとも厚み方向にテーパ状に形成することを特徴とす
    る導波路形ビームスポット変換素子の製造方法。
  5. 【請求項５】 請求項４記載の導波路形ビームスポット
    変換素子の製造方法において、前記ウェットエッチング
    で形成した前記スポットサイズ変換用光導波路部の前記
    コアの厚み方向のテーパ部分に幅方向に複数個のテーパ
    を形成し、導波光の等価屈折率を長手方向において緩や
    かに変化させることを特徴とする導波路形ビームスポッ
    ト変換素子の製造方法。
  6. 【請求項６】 基板と、前記基板の上部に配置され、前
    記基板よりも屈折率が高く、前記基板と格子整合したＩ
    ｎＡｌＡｓ層とＩｎＰ層とを交互に積層して構成した第
    １コア層と、前記第１コア層の上部に配置され、前記第
    １のコア層よりも屈折率が低いクラッド層とを具えたこ
    とを特徴とする半導体光導波路。
  7. 【請求項７】 請求項６記載の半導体光導波路におい
    て、前記第１コア層の中に配置され、前記第１コア層よ
    りも屈折率が高く、素子先端部に向かって幅方向に徐々
    に狭くもしくは広く形成されるとともに、厚み方向に徐
    々に薄く形成され、かつ素子先端部に達する前になくな
    る第２コア層をさらに具えたことを特徴とする半導体光
    導波路。
  8. 【請求項８】 請求項７記載の半導体光導波路を製造す
    るにあたり、前記第２コア層内に、前記第２コア層に対
    して選択性のあるエッチストップ層を介在させておき、
    前記第２コア層を、選択ウェットエッチング技術を用い
    て、少なくとも厚み方向に徐々に変化させて形成するこ
    とを特徴とする半導体光導波路の製造方法。
  9. 【請求項９】 請求項８記載の半導体光導波路の製造方
    法において、前記第２コア層を、その厚みを領域選択成
    長技術を用いて少なくとも厚み方向に徐々に変化させて
    形成することを特徴とする半導体光導波路の製造方法。
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