JP2019197126A - 光デバイスおよび光結合方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ウエハの状態で、かつ取り外し可能な形で容易に光結合を得る。【解決手段】光デバイス10は、導波路コア4とクラッド層2,5とから構成される導波路を備える。この導波路の結合部6の表面と導波路コア4との間の上部クラッド層5の厚さは、結合部6の表面の近傍にモニタ用の導波路あるいは光ファイバが配置されたときに、モニタ用の導波路あるいは光ファイバと光学的にエバネッセント結合可能な厚さに設定されている。【選択図】 図1
Description
本発明は、光デバイスの光結合形態に関するものである。
On board optics(OBO)では、光トランシーバをパッケージ化せずに、その部品群を直接、通信装置内のプリント基板・ボードに貼り付ける形態である。このOBOでは、光部品をチップレベルでパッケージングするウエハレベルパッケージ(WLP:Wafer Level Packaging)がよく用いられる。しかしチップ化より先んじてパッケージ工程が行われるため、ウエハの状態のまま素子端面から光を取り出す素子のパッケージ前検査が困難である。そこで、光デバイスに対し、ウエハの状態で、かつ取り外し可能な形で光結合を得る必要がある。
従来の導波路型光デバイスでは、ウエハの状態で光入出力を検査しようとすると、グレーティングカプラ(GC:Grating Coupler)(非特許文献1参照)や、45度程度の角度を持つ跳ね上げミラー(45度ミラー)(非特許文献2参照)が用いられていた。
しかし、GCはSi導波路に代表されるように、導波路コアとクラッドの屈折率差が数倍異なっている場合にしか用いることができないという問題があった。
また、45度ミラーはその導波路の出力の光路を90度曲げてしまうため、実際に動作に用いる導波路には適用できないという問題があった。
また、45度ミラーはその導波路の出力の光路を90度曲げてしまうため、実際に動作に用いる導波路には適用できないという問題があった。
Frederik Van Laere et al., "Compact Focusing Grating Couplers for Silicon-on-Insulator Integrated Circuits",IEEE Photonics Technology Letters,Vol.19,No.23,pp.1919-1921,2007
W.-J.Lee et al.,"Surface Input/Output Optical Splitter Film for Multilayer Optical Circuits",IEEE Photonics Technology Letters,Vol.24,No.6,pp.2012-2014,2012
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ウエハの状態で、かつ取り外し可能な形で容易に光結合を得ることができる光デバイスを提供することを目的とする。
本発明の光デバイスは、光を導くコアとこのコアを囲むクラッドとから構成される第1の導波路を備え、前記第1の導波路の結合部の表面と前記コアとの間の前記クラッドの厚さは、前記結合部の表面の近傍にモニタ用の第2の導波路あるいは光ファイバが配置されたときに、前記モニタ用の第2の導波路あるいは光ファイバと光学的にエバネッセント結合可能な厚さであることを特徴とするものである。
また、本発明の光デバイスの1構成例において、前記第1の導波路のクラッドの厚さは、前記結合部以外の領域から前記結合部に向かって漸次薄くなることを特徴とするものである。
また、本発明の光デバイスの1構成例において、前記結合部における前記第1の導波路の光伝播方向と垂直な方向のコアの幅は、前記結合部以外の領域におけるコアの幅よりも狭いことを特徴とするものである。
また、本発明の光デバイスの1構成例において、前記第1の導波路のクラッドの厚さは、前記結合部以外の領域から前記結合部に向かって漸次薄くなることを特徴とするものである。
また、本発明の光デバイスの1構成例において、前記結合部における前記第1の導波路の光伝播方向と垂直な方向のコアの幅は、前記結合部以外の領域におけるコアの幅よりも狭いことを特徴とするものである。
また、本発明の光デバイスの1構成例において、前記結合部は、光デバイスの集積回路構成部品間を接続する前記第1の導波路の領域、または光デバイスの集積回路構成部品に光を入出力する前記第1の導波路の領域に設けられることを特徴とするものである。
また、本発明の光デバイスの1構成例において、前記集積回路構成部品は、レーザと、このレーザからの光を変調する光変調器であり、前記結合部は、前記レーザと前記光変調器間を接続する前記第1の導波路の領域と、前記光変調器から光を出力する前記第1の導波路の領域に設けられることを特徴とするものである。
また、本発明の光デバイスの1構成例において、前記集積回路構成部品は、レーザと、主信号光と前記レーザからの局発光とを混合する90度ハイブリッドと、この90度ハイブリッドの出力光を受光するフォトダイオードであり、前記結合部は、前記90度ハイブリッドに前記主信号光を入力する前記第1の導波路の領域と、前記レーザと前記90度ハイブリッド間を接続する前記第1の導波路の領域と、前記90度ハイブリッドと前記フォトダイオード間を接続する前記第1の導波路の領域に設けられることを特徴とするものである。
また、本発明の光デバイスの1構成例において、前記集積回路構成部品は、レーザと、このレーザからの光を変調する光変調器であり、前記結合部は、前記レーザと前記光変調器間を接続する前記第1の導波路の領域と、前記光変調器から光を出力する前記第1の導波路の領域に設けられることを特徴とするものである。
また、本発明の光デバイスの1構成例において、前記集積回路構成部品は、レーザと、主信号光と前記レーザからの局発光とを混合する90度ハイブリッドと、この90度ハイブリッドの出力光を受光するフォトダイオードであり、前記結合部は、前記90度ハイブリッドに前記主信号光を入力する前記第1の導波路の領域と、前記レーザと前記90度ハイブリッド間を接続する前記第1の導波路の領域と、前記90度ハイブリッドと前記フォトダイオード間を接続する前記第1の導波路の領域に設けられることを特徴とするものである。
また、本発明の光デバイスの光結合方法は、第1のコアとこの第1のコアを囲む第1のクラッドとから構成される第1の導波路を備えた光デバイスに対して、第2のコアとこの第2のコアを囲む第2のクラッドとから構成されるモニタ用の第2の導波路あるいは光ファイバを、前記第1の導波路の結合部の表面の近傍に配置し、前記第1の導波路の結合部の表面と前記第1のコアとの間の前記第1のクラッドの厚さは、前記モニタ用の第2の導波路あるいは光ファイバと光学的にエバネッセント結合可能な厚さであり、前記結合部の表面と向かい合う、前記モニタ用の第2の導波路あるいは光ファイバの表面と前記第2のコアとの間の前記第2のクラッドの厚さは、前記第1の導波路と光学的にエバネッセント結合可能な厚さであることを特徴とするものである。
また、本発明の光デバイスの光結合方法の1構成例において、前記第1の導波路は、前記第1のコアおよび前記第1のクラッドが化合物半導体からなる化合物半導体導波路であり、前記第1の導波路の結合部の表面近傍に配置されるモニタ用の第2の導波路は、少なくとも第2のコアが半導体からなる半導体導波路である。
また、本発明の光デバイスの光結合方法の1構成例において、前記第1の導波路は、前記第1のコアおよび前記第1のクラッドが化合物半導体からなる化合物半導体導波路であり、前記第1の導波路の結合部の表面近傍に配置されるモニタ用の第2の導波路は、少なくとも第2のコアが半導体からなる半導体導波路である。
本発明によれば、光デバイスの第1の導波路の結合部の表面とコアとの間のクラッドの厚さを、モニタ用の第2の導波路あるいは光ファイバと光学的にエバネッセント結合可能な厚さとすることにより、モニタ用の第2の導波路あるいは光ファイバとの光結合を容易に得ることができる。本発明では、取り外し可能なモニタ用の第2の導波路あるいは光ファイバを用いることができ、ウエハの状態のまま光デバイスとの間で光を入出力することができるので、ウエハレベルでの光デバイスの検査を容易に実現することができる。
[発明の原理]
上記課題を解決するために、本発明では、光デバイスの導波路の上部クラッドを一部薄くする。この上部クラッドの厚さは、同じようにクラッドを薄くしたモニタ用の導波路あるいは光ファイバとエバネッセント結合可能な程度とする。光デバイスの導波路の上部クラッドを薄くした箇所にモニタ用の導波路あるいは光ファイバを近づけると、ウエハ垂直方向の方向性結合器として作用するため、光デバイスの導波路の出力光をモニタ用の導波路あるいは光ファイバに出力したり、モニタ用の導波路あるいは光ファイバからの入力光を光デバイスの導波路に入力したりすることができる。また、モニタ用の導波路あるいは光ファイバを遠ざけるようにすれば、光デバイスとしてそのまま動作させることができる。
上記課題を解決するために、本発明では、光デバイスの導波路の上部クラッドを一部薄くする。この上部クラッドの厚さは、同じようにクラッドを薄くしたモニタ用の導波路あるいは光ファイバとエバネッセント結合可能な程度とする。光デバイスの導波路の上部クラッドを薄くした箇所にモニタ用の導波路あるいは光ファイバを近づけると、ウエハ垂直方向の方向性結合器として作用するため、光デバイスの導波路の出力光をモニタ用の導波路あるいは光ファイバに出力したり、モニタ用の導波路あるいは光ファイバからの入力光を光デバイスの導波路に入力したりすることができる。また、モニタ用の導波路あるいは光ファイバを遠ざけるようにすれば、光デバイスとしてそのまま動作させることができる。
[第1の実施例]
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図1(A)〜図1(E)は本発明の第1の実施例に係る光デバイスのモニタ用の結合部の作製方法を説明する縦断面図、図1(F)〜図1(J)はそれぞれ図1(A)〜図1(E)の光デバイスをAの位置で切断したときの横断面図である。
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図1(A)〜図1(E)は本発明の第1の実施例に係る光デバイスのモニタ用の結合部の作製方法を説明する縦断面図、図1(F)〜図1(J)はそれぞれ図1(A)〜図1(E)の光デバイスをAの位置で切断したときの横断面図である。
ここでは光デバイスの例として、誘電体の光導波路を挙げる。本実施例の光デバイスのモニタ用の結合部の作製方法は以下のとおりである。
まず、図1(A)、図1(F)に示すように、基板1上に下部クラッド層2およびコア層3をCVD(Chemical Vapor Deposition)、スパッタリング、蒸着等の方法で成膜する。続いて、リソグラフィおよびエッチングを用いて、コア層3を加工し、図1(B)、図1(G)に示すように導波路コア4を形成する。
まず、図1(A)、図1(F)に示すように、基板1上に下部クラッド層2およびコア層3をCVD(Chemical Vapor Deposition)、スパッタリング、蒸着等の方法で成膜する。続いて、リソグラフィおよびエッチングを用いて、コア層3を加工し、図1(B)、図1(G)に示すように導波路コア4を形成する。
次に、図1(C)、図1(H)に示すように導波路コア4全体を覆うように上部クラッド層5を成膜する。そして、図1(D)、図1(I)に示すようにモニタ用の結合部6の領域のみ上部クラッド層5をエッチングする。最後に、必要に応じて上部クラッド層5を研磨し、図1(E)、図1(J)に示すように上部クラッド層5の膜厚が急激に変化しないようにする。
以上のような方法でモニタ用の結合部6の上部クラッド層5が薄くなった光デバイス10を作製することができる。このような結合部6に対し、同じようにクラッド層を薄くしたモニタ用の導波路あるいは光ファイバを上面から近接させることで、光デバイス10とモニタ用の導波路あるいは光ファイバとの光結合を得ることができる。
光デバイス10中を伝播する光は、下部クラッド層2と導波路コア4と上部クラッド層5とからなる導波路のコア4に閉じ込められているが、クラッド層2,5の領域にも染み出ることがある。図1(D)のように上部クラッド層5の膜厚が急峻に変化していると、上部クラッド層5に染み出た光が散乱して損失となることがある。さらに、上部クラッド層5の膜厚が急峻に変化している点で光が反射してしまう要因ともなり得る。そこで、図1(E)のように上部クラッド層5の斜面をなだらかにすることでこのような散乱や反射を抑制することができる。
なお、本実施例では一部ドーピングされたSiO2やSiOx等をクラッド層の材料として用いる誘電体光導波路を想定しているが、ポリマーをクラッド層の材料として用いるポリマー導波路、あるいは半導体をコアおよびクラッド層の材料として用いる半導体導波路に本実施例を適用しても構わない。
また、後述するパワーモニタ、レーザ、変調器等は化合物半導体で作製することができるため、化合物半導体の導波路をその結合用の導波路として用いればモノリシックに集積が図れる。
また、後述するパワーモニタ、レーザ、変調器等は化合物半導体で作製することができるため、化合物半導体の導波路をその結合用の導波路として用いればモノリシックに集積が図れる。
次に、本実施例の効果を説明するための光モード計算結果を示す。図2は本実施例の光デバイス10の結合部の上面にモニタ用の光ファイバ20を近接させた状態を示す断面図である。モニタ用の光ファイバ20は、コア21と、クラッド22とから構成される。光デバイス10の結合部の上面と近接する面のクラッド22は、光デバイス10とエバネッセント結合可能な程度に薄く加工されている。
ここでは、光デバイス10とモニタ用の光ファイバ20とは、ギャップなしで接しているものと仮定した。また、クラッド層2,5およびクラッド22の屈折率として1.45を仮定し、コア4とクラッド層2,5との屈折率比およびコア21とクラッド22との屈折率比として3%を仮定した。また、コア4,21の断面寸法を3μm角とした。
以上のような条件で光デバイス10の結合部の薄化された上部クラッド層5および当該上部クラッド層5と接する薄化されたクラッド22のそれぞれの厚さ(Clad thickness)を変化させながら、光デバイス10と光ファイバ20との結合係数(Coupling coefficient)および結合長(Coupling length)を、光モード解析により算出した結果を図3に示す。図3の30は結合係数を示し、31は結合長を示している。結合長は、光エネルギーが完全に光デバイス10から光ファイバ20に移るために必要な距離であり、図2の例では紙面に垂直な方向の長さである。
図3によれば、光デバイス10の結合部の薄化された上部クラッド層5および当該上部クラッド層5と接する薄化されたクラッド22のそれぞれの厚さが1.0μmであったとしても、結合長が750μmあれば、光デバイス10から光を取り出すことができる。また、上部クラッド層5およびクラッド22のそれぞれの厚さを0.5μmまで薄くすることができれば、240μmの結合長で光デバイス10から光を取り出すことができる。
なお、モニタ用の光ファイバ20の代わりに、光デバイス10の結合部の上面と近接する面のクラッド層を薄化したモニタ用の導波路を用いてもよいことは言うまでもない。
なお、モニタ用の光ファイバ20の代わりに、光デバイス10の結合部の上面と近接する面のクラッド層を薄化したモニタ用の導波路を用いてもよいことは言うまでもない。
[第2の実施例]
次に、本発明の第2の実施例について説明する。図4は本発明の第2の実施例に係る光デバイスの構造を示す断面図であり、図1と同一の構成には同一の符号を付してある。第1の実施例では、光デバイス10として単純な導波路1つを想定した。本実施例の光デバイス10aは、通信用の送信側光集積回路であり、基板1上にレーザ7と、レーザ7の出力を検出するパワーモニタ8と、レーザ7からの光を変調する光変調器9とを集積したものである。
次に、本発明の第2の実施例について説明する。図4は本発明の第2の実施例に係る光デバイスの構造を示す断面図であり、図1と同一の構成には同一の符号を付してある。第1の実施例では、光デバイス10として単純な導波路1つを想定した。本実施例の光デバイス10aは、通信用の送信側光集積回路であり、基板1上にレーザ7と、レーザ7の出力を検出するパワーモニタ8と、レーザ7からの光を変調する光変調器9とを集積したものである。
本実施例では、レーザ7と光変調器9との間を接続する導波路の領域、および光変調器9と次段素子(不図示)との間を接続する導波路の領域にそれぞれ結合部6aを設け、第1の実施例と同様に結合部6aの上部クラッド層5を、モニタ用の光ファイバあるいは導波路とエバネッセント結合可能な程度に薄く加工しておくことにより、レーザ7から光変調器9に入力される光および光変調器9から次段素子に入力される光をチップ化せずに直接測定することができる。モニタ用の光ファイバあるいは導波路との結合方法は第1の実施例で説明したとおりである。
[第3の実施例]
次に、本発明の第3の実施例について説明する。図5は本発明の第3の実施例に係る光デバイスの構造を示す断面図であり、図1と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施例の光デバイス10bは、通信用の受信側光集積回路であり、基板1上に局発光生成用のレーザ7bと、レーザ7bの出力を検出するパワーモニタ8と、主信号光とレーザ7bからの局発光とを混合して信号光を直交成分に分離して出力する90度ハイブリッド11と、90度ハイブリッド11の出力光を受光するフォトダイオード12とを集積したものである。
次に、本発明の第3の実施例について説明する。図5は本発明の第3の実施例に係る光デバイスの構造を示す断面図であり、図1と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施例の光デバイス10bは、通信用の受信側光集積回路であり、基板1上に局発光生成用のレーザ7bと、レーザ7bの出力を検出するパワーモニタ8と、主信号光とレーザ7bからの局発光とを混合して信号光を直交成分に分離して出力する90度ハイブリッド11と、90度ハイブリッド11の出力光を受光するフォトダイオード12とを集積したものである。
本実施例では、レーザ7bと90度ハイブリッド11との間を接続する導波路の領域、および90度ハイブリッド11とフォトダイオード12との間を接続する導波路の領域にそれぞれ結合部6bを設け、第1の実施例と同様に結合部6bの上部クラッド層5を、モニタ用の光ファイバあるいは導波路とエバネッセント結合可能な程度に薄く加工しておくことにより、レーザ7bから90度ハイブリッド11に入力される光および90度ハイブリッド11からフォトダイオード12に入力される光をチップ化せずに直接測定することができる。モニタ用の光ファイバあるいは導波路との結合方法は第1の実施例で説明したとおりである。
なお、図5では主信号光の入力ポートは省略しているが、想定される構成の平面図を図6に示す。図6に示す光デバイス10cでは、90度ハイブリッド11に主信号光を入力する導波路の領域(図6の左上の領域)と、レーザ7bと90度ハイブリッド11との間を接続する導波路の領域と、90度ハイブリッド11とフォトダイオード12との間を接続する導波路の領域にそれぞれ結合部6cを設け、第1の実施例と同様に結合部6cの上部クラッド層5を薄化している。
このような領域に結合部6cを設けておくことで、光デバイス10cの外部から90度ハイブリッド11に入力される主信号光、レーザ7bから90度ハイブリッド11に入力される光、および90度ハイブリッド11からフォトダイオード12に入力される光をチップ化せずに直接測定することができる。
[第4の実施例]
次に、本発明の第4の実施例について説明する。図7は本発明の第4の実施例に係る光デバイス10dの結合部の上面にモニタ用の光ファイバ20dを近接させた状態を示す断面図であり、図1、図2と同一の構成には同一の符号を付してある。第1〜第3の実施例では、光デバイス10〜10cの導波路コア4およびモニタ用の光ファイバ20(あるいは導波路)のコア21の断面形状として、正方形を仮定していた(図2の例では3μm角)が、コアの寸法を変えることでより広い範囲で光結合を得ることができる。
次に、本発明の第4の実施例について説明する。図7は本発明の第4の実施例に係る光デバイス10dの結合部の上面にモニタ用の光ファイバ20dを近接させた状態を示す断面図であり、図1、図2と同一の構成には同一の符号を付してある。第1〜第3の実施例では、光デバイス10〜10cの導波路コア4およびモニタ用の光ファイバ20(あるいは導波路)のコア21の断面形状として、正方形を仮定していた(図2の例では3μm角)が、コアの寸法を変えることでより広い範囲で光結合を得ることができる。
本実施例では、光デバイス10dの導波路コア4dおよび光ファイバ20dのコア21dの光伝播方向と垂直な方向の幅(図7左右方向の寸法)をそれぞれ1μmとし、高さを図2と同様に3μmとしている。図2と同様に、光デバイス10dとモニタ用の光ファイバ20dとは、ギャップなしで接しているものと仮定した。また、クラッド層2,5およびクラッド22の屈折率として1.45を仮定し、コア4dとクラッド層2,5との屈折率比およびコア21dとクラッド22との屈折率比として3%を仮定した。
以上のような条件で光デバイス10dの結合部の薄化された上部クラッド層5および当該上部クラッド層5と接する薄化されたクラッド22のそれぞれの厚さ(Clad thickness)を変化させながら、光デバイス10dと光ファイバ20dとの結合係数(Coupling coefficient)および結合長(Coupling length)を、光モード解析により算出した結果を図8に示す。図8の80は結合係数を示し、81は結合長を示している。図2の例と同様に、結合長は図8の紙面に垂直な方向の長さである。
図8によれば、図2の例と比べて光デバイス10dの結合部の薄化された上部クラッド層5および当該上部クラッド層5と接する薄化されたクラッド22が厚くなった場合においても、結合定数が大きく、結合長が短いことが分かる。
図7に示したような構造を作製する場合には、結合部以外では断面形状が正方形のコアを作製しておき、結合部ではコアの幅を狭くすればよい。例えば図6の例では、結合部6c以外の領域では断面形状が正方形の導波路コア4を作製しておき、3箇所の結合部6cでは導波路コア4の幅を狭くすればよい。
なお、モニタ用の光ファイバ20dの代わりに、光デバイス10dの結合部の上面と近接する面のクラッド層を薄化したモニタ用の導波路を用いてもよいことは言うまでもない。
なお、モニタ用の光ファイバ20dの代わりに、光デバイス10dの結合部の上面と近接する面のクラッド層を薄化したモニタ用の導波路を用いてもよいことは言うまでもない。
[第5の実施例]
次に、本発明の第5の実施例について説明する。図9(A)、図9(B)は本発明の第5の実施例に係る光デバイスの結合部の作製方法を説明する断面図であり、図1と同一の構成には同一の符号を付してある。第1の実施例においてポリマー(樹脂)をクラッド層の材料として用いるポリマー導波路について触れた。本実施例の光デバイス10eは、下部クラッド層および上部クラッド層を樹脂で形成したものである。
次に、本発明の第5の実施例について説明する。図9(A)、図9(B)は本発明の第5の実施例に係る光デバイスの結合部の作製方法を説明する断面図であり、図1と同一の構成には同一の符号を付してある。第1の実施例においてポリマー(樹脂)をクラッド層の材料として用いるポリマー導波路について触れた。本実施例の光デバイス10eは、下部クラッド層および上部クラッド層を樹脂で形成したものである。
上部クラッド層5eを樹脂で形成する場合の、他のクラッド材料に比べての利点を以下に説明する。例えばSiO2を上部クラッド層5として用いる場合、図1(E)に示したように上部クラッド層5の厚さを滑らかに変化させるための研摩工程が必要であった。
これに対して、本実施例では、図9(A)に示すように樹脂からなる上部クラッド層5eを結合部6eの領域のみエッチングした後に、この上部クラッド層5eを覆うようにスピンコート等の手法で樹脂13を塗布する。樹脂13そのものが段差構造を平坦化するような機能を持つため、研磨工程を行わずに急峻な段差の無い上部クラッド層5fを得ることができる(図9(B))。ここで用いる樹脂13としては、導波路コア4よりも屈折率が小さく、塗布によって成膜が可能なものであれば何でも構わない。
クラッド材料として樹脂を用いるもう1つの利点を図10(A)、図10(B)を用いて説明する。ここでは図4や図5のように複数の機能素子が接続された構成を想定する。図4や図5の構成において滑らかに厚さが変化する上部クラッド層を形成するためには、上部クラッド層の材質がSiO2等の硬い物質であった場合、(ア)例えばレーザや変調器、フォトダイオード等の集積回路構成部品を搭載した後に上部クラッド層を成膜し研磨する方法、(イ)予め研磨され滑らかに厚さが変化する上部クラッド層を有する導波路に対して集積回路構成部品を搭載する方法、のいずれかの方法が考えられる。
いずれの方法においても実現は可能であるが、(ア)の方法の場合は集積回路構成部品の上面を研磨してしまうことになるため、当該部品に対して不要な圧力や引き剥がし応力等がかかってしまい、部品の劣化が懸念される。(イ)の方法の場合には集積回路構成部品への劣化要因は少ないと考えられるが、上部クラッド層の上面を滑らかにするという研磨の特性上、図10(A)に示すように集積回路構成部品14,15を搭載する端部においても上部クラッド層5に目減り16が発生してしまうことが想定される。
一方、樹脂等の塗布可能な材料を用いると、上記2点の懸念を回避することができる。図10(B)に示すように、本実施例の光デバイス10gでは、上部クラッド層が無いか、極めて薄い状態の導波路に対して集積回路構成部品14,15を搭載する。その後で、下部クラッド層2と導波路コア4と集積回路構成部品14,15とを覆うようにスピンコート等の手法で樹脂13を塗布する。
こうして、本実施例では、急峻な段差がなく、滑らかに厚さが変化し、結合部6gにおいてモニタ用の光ファイバあるいは導波路とエバネッセント結合可能な程度に薄くなる上部クラッド層5gを自動的に得ることができる。本実施例では、研磨による集積回路構成部品14,15への応力発生や、導波路と集積回路構成部品14,15との境界部における上部クラッド層5gの目減りを防ぐことができるという利点がある。
[第6の実施例]
次に、本発明の第6の実施例について説明する。図11は本発明の第6の実施例に係る光デバイス10hの結合部の上面にモニタ用の導波路23を近接させた状態を示す断面図であり、図1、図2と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施例の光デバイス10hは、化合物半導体からなる導波路コア4hと、化合物半導体からなるクラッド層5hとを備えた化合物半導体導波路である。
次に、本発明の第6の実施例について説明する。図11は本発明の第6の実施例に係る光デバイス10hの結合部の上面にモニタ用の導波路23を近接させた状態を示す断面図であり、図1、図2と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施例の光デバイス10hは、化合物半導体からなる導波路コア4hと、化合物半導体からなるクラッド層5hとを備えた化合物半導体導波路である。
化合物半導体導波路においても、エッチング等で結合部6h(図11の例では上面)のクラッド層5hを部分的に薄くすることは可能である。しかし、本発明のように光を基板上面方向から近接するモニタ用の光ファイバあるいは導波路に結合させるためには、光デバイス10hと、モニタ用の光ファイバあるいは導波路の光伝搬定数(あるいは等価屈折率)が近い必要がある。化合物半導体で導波路を構成すると、一般にガラス等の誘電体よりも屈折率が高くなってしまうため、ガラスを中心とする光ファイバや導波路では光の結合が得られにくいという問題がある。
そこで、光デバイス10hの結合部6hに上面側から近接させるモニタ用の光ファイバあるいは導波路も半導体を用いて構成する組み合わせが考えられる。
図11の例では、モニタ用の導波路23として、SOI(Silicon on Insulator)ウエハを用いたリブ導波路を光デバイス10hに近接させた場合を示している。この導波路23は、Si基板24と、SiO2からなるクラッド層25と、Siからなる導波路層26と、SiO2からなるクラッド層27とから構成される。28はリブ導波路のコアである。光デバイス10hの結合部6hと近接する面のクラッド層27は、光デバイス10hとエバネッセント結合可能な程度に薄く加工されている。
図11の例では、モニタ用の導波路23として、SOI(Silicon on Insulator)ウエハを用いたリブ導波路を光デバイス10hに近接させた場合を示している。この導波路23は、Si基板24と、SiO2からなるクラッド層25と、Siからなる導波路層26と、SiO2からなるクラッド層27とから構成される。28はリブ導波路のコアである。光デバイス10hの結合部6hと近接する面のクラッド層27は、光デバイス10hとエバネッセント結合可能な程度に薄く加工されている。
このようにモニタ用の導波路23としてSi導波路を採用すれば、その厚さや幅等の寸法を調節することで、化合物半導体とも同程度の伝搬定数を得ることができ、比較的高い屈折率を持つ化合物半導体からも光を取り出すことができる。パワーモニタ、レーザ、変調器等の集積回路構成部品は化合物半導体で作製することができるため、図11に示した化合物半導体導波路(光デバイス10h)を集積回路構成部品の結合用の導波路として用いるようにすれば、モノリシックに集積が図れる。
本発明は、光デバイスをウエハの状態で検査する技術に適用することができる。
1…基板、2,2e…下部クラッド層、3…コア層、4,4d,4h…導波路コア、5,5e〜5h…上部クラッド層、6,6a〜6c,6e,6g,6h…結合部、7,7b…レーザ、8…パワーモニタ、9…光変調器、10,10a〜10h…光デバイス、11…90度ハイブリッド、12…フォトダイオード、13…樹脂、14,15…集積回路構成部品、20,20d…光ファイバ、21,21d,28…コア、22…クラッド、23…導波路、24…Si基板、25,27…クラッド層、26…導波路層。
Claims (8)
- 光を導くコアとこのコアを囲むクラッドとから構成される第1の導波路を備え、
前記第1の導波路の結合部の表面と前記コアとの間の前記クラッドの厚さは、前記結合部の表面の近傍にモニタ用の第2の導波路あるいは光ファイバが配置されたときに、前記モニタ用の第2の導波路あるいは光ファイバと光学的にエバネッセント結合可能な厚さであることを特徴とする光デバイス。 - 請求項1記載の光デバイスにおいて、
前記第1の導波路のクラッドの厚さは、前記結合部以外の領域から前記結合部に向かって漸次薄くなることを特徴とする光デバイス。 - 請求項1または2記載の光デバイスにおいて、
前記結合部における前記第1の導波路の光伝播方向と垂直な方向のコアの幅は、前記結合部以外の領域におけるコアの幅よりも狭いことを特徴とする光デバイス。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光デバイスにおいて、
前記結合部は、光デバイスの集積回路構成部品間を接続する前記第1の導波路の領域、または光デバイスの集積回路構成部品に光を入出力する前記第1の導波路の領域に設けられることを特徴とする光デバイス。 - 請求項4記載の光デバイスにおいて、
前記集積回路構成部品は、レーザと、このレーザからの光を変調する光変調器であり、
前記結合部は、前記レーザと前記光変調器間を接続する前記第1の導波路の領域と、前記光変調器から光を出力する前記第1の導波路の領域に設けられることを特徴とする光デバイス。 - 請求項4記載の光デバイスにおいて、
前記集積回路構成部品は、レーザと、主信号光と前記レーザからの局発光とを混合する90度ハイブリッドと、この90度ハイブリッドの出力光を受光するフォトダイオードであり、
前記結合部は、前記90度ハイブリッドに前記主信号光を入力する前記第1の導波路の領域と、前記レーザと前記90度ハイブリッド間を接続する前記第1の導波路の領域と、前記90度ハイブリッドと前記フォトダイオード間を接続する前記第1の導波路の領域に設けられることを特徴とする光デバイス。 - 第1のコアとこの第1のコアを囲む第1のクラッドとから構成される第1の導波路を備えた光デバイスに対して、第2のコアとこの第2のコアを囲む第2のクラッドとから構成されるモニタ用の第2の導波路あるいは光ファイバを、前記第1の導波路の結合部の表面の近傍に配置し、
前記第1の導波路の結合部の表面と前記第1のコアとの間の前記第1のクラッドの厚さは、前記モニタ用の第2の導波路あるいは光ファイバと光学的にエバネッセント結合可能な厚さであり、
前記結合部の表面と向かい合う、前記モニタ用の第2の導波路あるいは光ファイバの表面と前記第2のコアとの間の前記第2のクラッドの厚さは、前記第1の導波路と光学的にエバネッセント結合可能な厚さであることを特徴とする光デバイスの光結合方法。 - 請求項7記載の光デバイスの光結合方法において、
前記第1の導波路は、前記第1のコアおよび前記第1のクラッドが化合物半導体からなる化合物半導体導波路であり、
前記第1の導波路の結合部の表面近傍に配置されるモニタ用の第2の導波路は、少なくとも第2のコアが半導体からなる半導体導波路であることを特徴とする光デバイスの光結合方法。
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