JPS62145209A - 光導波路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、光通信用伝送部品あるいは光集積回路素子と
して用いる光導波路装置に関するものである。

従来の技術 近年オプトエレクトロニクス技術の進展に伴い、大容量
通信デバイスとして半導体レーザ、受光素子、光スィッ
チ等の機能素子の開発が盛んに行われている。さらには
、ファイバー有効活用の手段として超波長多重伝送の研
究が光集積回路技術と歩調を合せて着々と進められてい
る。超波長多重伝送技術を確立する上でキーポイントと
なるのが、光集積化技術と９わけ導波路制御技術である
。これまで光集積化技術の流れは、ハイブリッド型及び
モノリシック型両方がそれぞれ特長を活かして精力的に
開発されてきたが、最近ではエビ技術・プロセス技術の
改良により、後者の方が主流となりつつある。光集積回
路を構成する種々の機能素子は、基板上に形成された光
導波路により相互に光学的に接続されている。光導波路
として、信号光を導波路内へ有効に閉じ込めるために構
造土工夫が施され、第３図に示すような装荷型光導波路
がよく用いられる。図中１は基板、２は光導波層、３は
装荷部、４は入射光である。装荷部の直下の光導波層は
他の領域に比べて実効的な屈折率がわずかに高くなって
いる。したがって、外部より装荷部領域へ入力された信
号光４は、３次元的にこの光導波層に閉じ込められ、効
率よく伝搬することになる。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上述の方法では以下のような欠点を有し
ていた。導波路装置と外部光伝送路例えば光７アイパと
を接続する場合、レンズ等を用い光ビームを最適に絞り
込んで導波路端面に直接結像する方法やプリズム・グレ
ーティングを用いた方法が用いられるが、いずれも結合
効率は１ｏＯチとならず、散乱ロスや不用な伝搬モード
を引き起こしてしまう。大別すると以下の二つの問題が
発生する。

（１）装荷型導波路の場合、構造の最適化を行なっても
入出力時に外部光伝送路との結合部において、所望する
導波路のみならず、他の導波層表面付近の伝搬モードま
で生じやすい。

（２）また、導波層表面だけでなく伝搬光に対して透明
な基板へも放射モードが存在し、表面・裏面からの反射
の影響を受ける。

以上のような理由より、光集積回路を構成する光検出器
のノイズ成分となりＳ／Ｎ比の低下を招いてしまうとい
う問題があった。波長多重通信の性能を左右する要素の
一つにクロストークがある。

通常、クロストークは低い程好ましいが、伝送系の信頼
性を確保するために２ｏｄＢ程度のものが要求される。

従来例では、光導波路装置内で所望する導波路以外の領
域を伝搬するモードあるいは基板内での乱反射による透
光によって引き起こされるノイズ成分により特性のよい
光導波路装置を構成することが困難であった。よって本
発明の目的は、上述の欠点を除去することのできる、す
なわちクロストークの低い高性能な導波路装置を提供す
ることにある。

問題点を解決するための手段 上記の問題点を解決するために、本発明によればまず、
伝搬光に対して透明な特性を有する基板上に光吸収層、
クラッド層、光導波層を順次積層し最上層の光導波層に
少なくとも１つ以上の光導波路し、ついで前記光導波路
以外の光導波層表面に光の伝搬を阻止する領域を形成す
る。伝搬阻止領域として、光導波層の膜厚を伝搬光に対
して基本モードが伝搬できる最小膜厚以下に設定し、ま
た光吸収層として伝搬光に対して吸収特性を示す組成を
もつ材料を用いることによって、特性の優れた光導波路
装置を得ることができる。

作　　用 導波路構造として、第２図（、）のようなスラブ型導波
路を考える。図中１１は基板、１２は光吸収層、１３は
クラッド層、１４は光導波層、１５は導波光である。光
吸収層１２として先導波光１６よりバンドギャップ波長
の長い組成の材料を用い、導波路特性に影響を及ぼさな
い程度にクラッド層を厚くしておく。適当な条件に設定
すれば、導波光１６は光導波層１４内に閉じ込められて
伝搬する。この時の伝搬特性は、種々の導波路条件によ
って決定され、導波路の膜厚によって特性が大きく左右
される。今、基板１１としてＩｎＰ　、導波路組成：λ
、＝１．１μｍ、導波光波長λ＝１．３μｍの場合、導
波路膜厚に対して導波路の実効屈折率が変化する様子を
第２図（ｂ）に示す。この時伝搬する光は、導波路に対
して平行な偏波面を持ち（ＴＥモード）かつ、最低次の
モードとした。

導波路膜厚が、０．７５μｍ以下の場合、導波路はカッ
トオフ状態となり光はいかなるモードも導波路を伝搬す
ることはできず、基板への放射モードとなる。また、外
部伝送系より導波路への光の結合時に発生する所望の導
波路以外の領域への迷光成分、及び基板内部への導波路
よりの放射・散乱成分は、クラッド層３を介して導波路
４下に配置された光吸収層２によって全て吸収除去され
る。

以上のことから、所望の導波踏部以外の導波層領域を適
当な手段を用いて薄くし、その膜厚が所定の条件に対し
てカットオフ条件に設定し、かつ導波層下にクラッド層
を介して光吸収層を配置することによって、信号光の入
力時に発生する不用な伝搬モードや導波路内での散乱・
迷光成分を全てカットできることになる。

実施例 次に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

図中１１は基板、１２は光吸収層、１３はクラッド層、
１４は光導波層、１４ａは光導波路、２１は伝搬阻止領
域である。まず作成プロセスであるが、ＩｎＰ基板１１
上に光吸収層１２．クラッド層１３及び光導波層１４を
順次ＬＰＥ等の結晶成長法により積層する。光吸収層１
２としてＩ　ｎＧａＡ　ｓ　Ｐ混晶材料を用いるが、導
波光波長λ＝１．３μｍに対して吸収特性を持たせるに
はバンドギャップ波長λ９が１．３μｍ以上のものであ
ればよく、ここでは１．６μｍの組成を用いた。クラッ
ド層１３としては、光導波層１４よシ屈折率が低く、か
つ導波光に対して透明な材料が必要なためＩｎＰ材料を
用いた。光導波層１４としては、λｇ＝１．１μｍの組
成のＩ　ｎＧａＡｓ　Ｐ層を用いた。また膜厚は光吸収
層１２、クラッド層１３．光導波層１４それぞれ１μ”
＋　　５　Ｊｉｍ、　　１　ｐｒｎとした。

次に光導波路１４ａ及び伝搬阻止領域２ｏを作成する。

これは、通常のフォトリソプロセスによりＷ＝２〜３μ
ｍ幅のパターン出しを行なった後、伝搬阻止領域２０の
部分をエツチング処理を行なって薄くする。伝搬阻止領
域２０として作用するためには、膜厚：ｔがシングルモ
ード伝搬光に対してカットオフ条件を満足しなければな
らない。

ここではプロセス上の安定さからｔ　＝０．５７１ｍと
した。最後にエツチングマスクを除去すれば本装置が構
成できる。

この構成において、光導波路１４ａの片端面から結合さ
れた入力光２ｏは光導波路１４ａに有効に閉じ込められ
伝搬することになる。外部との光結合にはレンズ等光学
的直接結像法がよく用いられるが、この場合従来例では
所望する導波路以外にも伝搬モードを生じてしまい、正
規な信号光に混入しＳ／Ｎ比の低下を招くという問題が
あった。

本実施例の方法によれば、このような不用な伝搬モード
は伝搬阻止領域にて全てカットすることができるのでノ
イズの影響を大幅に低減することができる。また入出力
時の基板モードや導波路よりの散乱光も同様にノイズの
原因となっていたが、これらの迷光成分は光導波路下に
設置された光吸収層により全て吸収除去できるため、超
波長多重伝送用としても十分に特性のよいＳ／Ｎ比を実
現できるととになる。

なお、本実施例ではＩｎＰ基板上のＩ　ｎＧａＡｓ　Ｐ
層という組合せを用いたが、基板として透明導波路とし
て低損失な材料、光吸収層として吸収特性に優れた材料
の組合せで実現できるため、他の［１１−Ｖ族材料はも
とより、強誘電体との組合せによっても実現可能なこと
は言うまでもない。

発明の効果 以上述べたように本発明によれば、光集積回路の中の基
本構成要素となる光導波路装置を非常に低いクロストー
ク特性で実現でき、超波長多重伝送用デバイスとしても
十分に使用できるものを提供できるため、その実用上の
効果は犬である。

【図面の簡単な説明】

１１・・・・・・基板、１２・・・・・・光吸収層、１
３・・・・・・クラッド層、１４・・・・・・光導波層
、１４ａ・・・・・・光導波路、２０・・・・・・伝搬
阻止領域。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図 （ｃＬ） 導り路屓、手　　〔μｍ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）伝搬光に対して透明な材料からなる基板上に光吸
   収層とクラッド層と光導波層とが順次積層され、前記光
   導波層上に少なくとも１つ以上の光導波路が形成され、
   前記光導波路以外の前記光導波層表面に光の伝搬を阻止
   する領域を設けたことを特徴とする光導波路装置。
2. （２）伝搬阻止領域として、光導波路層の膜厚を伝搬光
   に対してカットオフ以下の膜厚に設定することを特徴を
   する特許請求の範囲第１項記載の光導波路装置。
3. （３）光吸収層として、伝搬光よりバンドギャップ波長
   の大なる組成を有する材料を用いることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の光導波路装置。