JPH05142435A

JPH05142435A - 導波路形ビーム変換素子およびその製造方法

Info

Publication number: JPH05142435A
Application number: JP31068391A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kono; 健治河野; Naoto Yoshimoto; 直人吉本
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1991-11-26
Filing date: 1991-11-26
Publication date: 1993-06-11

Abstract

(57)【要約】【目的】導波路形ビーム変換素子のスポットサイズ変
換効率を大きくする。【構成】光を出射する光導波路であって実質的に単一
モードの光を伝搬する出射用光導波路部２２と、出射用
光導波路の主コア２４と連続する主コア２５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
２３とを有する導波路形ビーム変換素子２１である。こ
の素子２１においては出射用光導波路部２２の主コア２
４とスポットサイズ変換用光導波路部２３の主コア２５
は量子井戸構造を形成する積層のみからなり、スポット
サイズ変換用光導波路部２３の主コア２５はその厚さが
出射用光導波路部側から素子先端部へ向って薄くなって
おり、かつスポットサイズ変換用光導波路部２３の主コ
ア２５の上部および下部には、それぞれクラッドを介し
てクラッドより高い屈折率を有する副コア２７が少なく
とも１つ設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体光導波路と外部導
波路との結合損失を低減するための導波路形ビーム変換
素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光導波路間の結合効率または結合損失の
説明の便宜のために、まず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】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 η＝４／（ｗ₁ ／ｗ₂ ＋ｗ₂ ／ｗ₁ ）² （１）と表される。

【０００４】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０．５
μｍでＳＭＦのスポットサイズｗ₂ が４μｍの場合、結
合損失（−１０・ｌｏｇ（η））は１２．２ｄＢ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だけ軸ずれし
て結合する場合の結合効率ηは 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））。

【０００５】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９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説明す
る斜視図である。図９において、１は半導体光導波路で
あり、２はそのクラッド、３は出射用光導波路のコア、
４は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ＳＭＦ５を用い
た例を示しており、６は先球ＳＭＦ５のクラッド、７は
先球ＳＭＦ５のコアである。図１０（ａ），（ｂ）はそ
れぞれ図９のＡ−Ａ′とＢ−Ｂ′に沿った断面図，すな
わち水平断面図および垂直断面図である。

【０００６】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４は図９および図１０
（ａ）からわかるように先端が徐々に細くなっている。
従って、出射用光導波路のコア３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４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。しかしながらコア４の幅を細くまた厚みを薄くする
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。従ってこの従来例では、光導
波路のスポットの拡大率には限界があった。

【０００７】図１１にスポットサイズの拡大するための
他の従来例を示す（Ｕ．Ｋｏｒｅｎ他，Ｉｎｔｅｇｒａ
ｔｅｄＰｈｏｔｏｎｉｃｓＲｅｓｅａｒｃｈ，１９
９０ＴｅｃｈｎｉｃａｌＤｉｇｅｓｔＳｅｒｉｅ
ｓ，Ｖｏｌ．５，ｐ１３６，ＷＤ２参照）。この従来例
は図示するようにゲインセクション１１とパッシブテー
パセクション１２とからなる。ゲインセクション１１に
はＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸からなる
活性層１３がコア１４の上に設けられている。コア１４
はそれぞれバンドギャップ波長１．３μｍの４元コア層
１４Ａ，１４Ｂおよび１４Ｃを厚さ１５０Åのエッチス
トップ層１５Ａおよび１５Ｂを介して積層し、さらにそ
の最上層にエッチストップ層１５Ｃを設けたものであ
る。パッシブテーパセクション１２ではエッチストップ
層１５Ａ，１５Ｂおよび１５Ｃを利用した多段のエッチ
ング工程によって４元コア層を一層ずつエッチング除去
し、従ってその厚さは光の進行方向に順次薄くされてい
る。コア１４の下部のｎ−ＩｎＰクラッド層１６中には
厚さ３００Å、バンドギャップ波長１．３μｍの４元ガ
イド層１７が設けられ、活性層１３およびコア１４の上
部にはｐ−ＩｎＰクラッド層１８を介してそれぞれ厚さ
３００Å、バンドギャップ波長１．１μｍの２層の４元
ガイド／エッチストップ層１９が設けられてイる。さら
にゲインセクショヲン１１にのみ、ガイド／エッチスト
ップ層１９上にｐ⁺ −ＩｎＰ層２０が設けられている。
この従来例は、かかる構造によって、図示されるよう
に、主としてコアの下方にスポット径を拡大している。

【０００８】しかしながら、この従来例は本質的に非対
称の構造とせざるを得ない。すなわち、ガイド／エッチ
ストップ層１９のバンドギャップ波長がガイド層１７の
バンドギャップ波長より短く、すなわち前者の屈折率が
後者のそれより小さく、パッシブテーパセクション１２
におけるｐ−ＩｎＰクラッド層１８の厚さが薄い。従っ
て、コア上方への界分布の広がりが小さく、またクラッ
ド層がドープされているので損失が大きい。さらにコア
１４をＩｎＰからなるエッチストップ層を設けた多層構
成とし、多段階のエッチング工程によってパッシブテー
パセクションにおけるコアの厚さを変化させているの
で、製造工程が複雑である。その上、コアをＭＱＷ層と
して光スイッチ等の機能素子部を構成しようとしても、
ＩｎＰエッチストップ層があるので広いポテンシャルバ
リアが入ることになり、スイッチとしての特性が極めて
劣化するという問題がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の技術によれば、スポットサイズの大きさの変換効率に
は問題があった。またその製造には複雑な工程を有し、
さらにスイッチ等の機能素子として使用するには不適当
であった。

【００１０】本発明はかかる従来の問題を解決し、スポ
ットサイズの変換効率の大きな導波路形ビーム変換素子
を提供することを第１の目的とする。

【００１１】さらに、本発明はかかる素子を比較的簡単
な工程で作製し得る方法を提供することを第２の目的と
する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明による導波路形ビーム変換素子は光を出射
する光導波路であって実質的に単一モードの光を伝搬す
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を有する導波路形ビーム変換素
子において、前記出射用光導波路部のコアと前記スポッ
トサイズ変換用光導波路部のコアは量子井戸構造を形成
する積層のみからなり、前記スポットサイズ変換用光導
波路部のコアはその厚さが出射用光導波路部側から素子
先端部へ向って薄くなっており、かつ前記スポットサイ
ズ変換用光導波路部のコアの上部および下部には、それ
ぞれクラッドを介して該クラッドより高い屈折率を有す
る副コアが少なくとも１つ設けられていることを特徴と
する。

【００１３】ここでコアは量子井戸構造でなく、単層構
造であってもよい。

【００１４】本発明による製造方法は上述した導波路形
ビーム変換素子の製造方法において、前記出射用光導波
路部のコアと前記スポットサイズ変換用光導波路部のコ
アを形成するためのＳｉＯ₂ マスクの幅を、前記出射用
光導波路部においては一様とし、かつ前記スポットサイ
ズ変換用光導波路部においては前記出射用光導波路側よ
り素子端部へ向って狭くし、該ＳｉＯ₂ マスクを用いた
化学気相成長法によってその厚さが前記出射用光導波路
部においては一定であり、前記スポットサイズ変換用光
導波路部においては前記出射用光導波路部側から素子端
部へ向って薄くなるコアを形成する工程を有することを
特徴とする。

【００１５】ここで前記スポットサイズ変換用光導波路
部のコアに近接する副コアの少なくとも一つを形成する
ためのＳｉＯ₂ マスクの幅を、前記出射用光導波路部側
から素子端部へ向って広くし、該ＳｉＯ₂ マスクを用い
た化学気相成長法に上ってその厚さが前記出力用光導波
路側から素子端部へ向って厚い副コアを形成するコア工
程をさらに有してもよい。

【００１６】

【作用】本発明においては、コアに余分な層を含まず、
スポットサイズ変換用光導波路部のコアを素子端部へ向
けて薄くし、その上下にクラッドより屈折率の高い副コ
アを設けている。そのため、スポットサイズ変換用光導
波路部において導波光の界分布が広がり、副コアにも導
波光を結合・伝搬させることにより、導波光の界分布を
上下方向に広げ、外部の光入力素子あるいは出力素子と
の結合損失を低減することができる。

【００１７】

【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。

【００１８】図１は本発明による導波路形ビーム変換素
子の構造と原理を示す図であって、（ａ）は以下に詳述
する主コアを通る水平断面図、（ｂ）は主コアの中心を
通る垂直断面図である。導波路形ビーム変換素子２１は
出射光用導波路部２２およびスポットサイズ変換用光導
波路部２３を有しており、出射用光導波路部２２はレー
ザ発光部でもよく、他の半導体レーザ素子の光導波路と
結合される機能素子部、例えば光スイッチ部、でもよ
く、さらに他の半導体光導波路と結合される受動的な導
波路部であってもよい。２４および２５はそれぞれ出射
用光導波路部２２およびスポットサイズ変換用光導波路
部２３の主コアであり、両者は連続し、かつ同一材料か
らなる。２６は主コア２４および２５を囲むクラッドで
ある。かかる構造はＭＯＣＶＤ等の化学気相成長法とフ
ォトリソグラフィ技術によって作製できる。図１（ａ）
に示すように、スポットサイズ変換用光導波路部の主コ
ア２５は、その幅が出射用光導波路部の主コア２４の幅
よりも徐々に広がっているテーパ部２５Ａと一定の幅の
部分２５Ｂとを有する。主コアの厚さは図１（ｂ）に示
すように主コア２４では一定の値Ｄ₁ であり、主コアの
うちテーパ部２５Ａでは幅の広がりと共に徐々に減少し
てＤ₂ となり、幅一定の部分２５Ｂではその厚さは一様
である。ただし、主コア２５を全てテーパ部とし、その
厚さをＤ₁ からＤ₂ へ徐々に減少させるようにしてもよ
い。

【００１９】主コア２４，２５の上下には、それぞれ少
なくとも一層，本実施例では各２層の副コア２７がクラ
ッド２６を介して設けられている。副コア２７の屈折率
はクラッド２６のそれより大きい。

【００２０】出射用光導波路部２２においては主コア２
４の厚みが厚いため、導波光２８は充分主コア２４の中
に閉じ込もり、主コア２４の上下にある副コア２７を感
じない。ところがスポットサイズ変換用光導波路部２３
においては、主コア２５の厚みが薄くなるにつれて導波
光２８は上下に広がり副コア２７と結合する。導波光が
結合する副コアの数は主コアの厚みが薄くなるにつれて
増え、導波光は広がっていく。これらの過程により、導
波光は上下に広がる。本実施例においては図１（ａ）に
示したように、光導波路のコア２５の幅を徐々に広げる
ことにより、導波光を横方向にも広げているが、図１０
（ａ）に示した従来例のように、スポットサイズ変換用
光導波部２３の主コア２５の幅を横方向に徐々に狭くし
ても導波光を広げることができる。

【００２１】コア２５の厚さをＤ₁ からＤ₂ へ徐々に薄
くするには領域選択成長技術（文献：１９９１年電子情
報通信学会秋期大会、Ｃ−１３３参照）を用いる。すな
わち、主コア２４および２５をクラッド２６上にＭＯＣ
ＶＤ法を用いて形成する際に、マスクとしてＳｉＯ₂ を
用い、マスク幅をコア２４の部位では広く一定にし、コ
ア２５の部位では徐々に狭くして行く。ＳｉＯ₂ 上には
半導体は成長しないので、ＳｉＯ₂ 上に到来した半導体
構成原子はコア形成位置へ移動する。従って幅の狭いＳ
ｉＯ₂ マスクに挟まれたコア部分の厚さを、幅の広いＳ
ｉＯ₂ マスクに挟まれたコア部分の厚さより薄くするこ
とができる。この方法はＳｉＯ₂ マスク幅によってコア
の厚さを制御して変化させることができるので、厚さが
場所によって異なるコアを、多段階エッチング法などに
比べて簡単に作製できる。

【００２２】副コア２５を含むスポットサイズ変換用光
導波路部２３の一部もしくは全部を再成長によって製作
してもよい。さらに、主コア２５の厚さを長手方向にテ
ーパ状に変化させず、階段状に変化させても効果はあ
る。

【００２３】図２は主コア２４，２５のウェル／バリア
としてＩｎＧａＡｓ（５８Å）／ＩｎＡｌＡｓ（５２
Å）を用い、主コア２５の最も薄い部分の厚さ（Ｄ₂ ）
を０．１μｍ、またクラッド２６として厚さ（Ｄ₂ ）１
μｍの絶縁性または半絶縁性ＩｎＰを用いた場合のＳＭ
Ｆ（スポットサイズ４μｍ）との結合損失を、副コア２
７の屈折率を変数として計算したものである。副コア２
７の屈折率はその組成によって制御できる。なお、出射
用光導波路部の主コア２４の幅は２μｍ、厚さＤ₁ は
０．２μｍ、スポットサイズ変換用光導波路部の主コア
２５の端部（最も幅の広い部分）の幅は５μｍ、副コア
２７の幅は５μｍ、厚さは０．１μｍとした。副コア２
７の数は上下各２層とした。図から、副コアの屈折率が
高くなるにつれて導波光が広がり、ファイバとの結合損
失を低減することができることがわかる。なお。副コア
の幅は主コア２５と同様に変化させてもよい。

【００２４】図３は副コア２７にバンドギャップ波長
１．３μｍのＩｎＧａＡｓＰを用い、図２と同じ膜厚お
よびコア幅とした場合について、深さ方向における導波
光の界分布を計算したものである。また、図４は同じ条
件であるが、副コアを用いない場合、つまり単にスポッ
トサイズ変換用光導波路部のコアの厚さを０．１μｍと
薄くした場合の界分布である。これらの図から、本発明
により導波光の界分布は深さ方向により広がっているこ
とがわかる。また、実際には図４の場合には導波光は放
射され易く、損失が大きくなることになる。図５には、
スポットサイズ変換用光導波路部２３への入射前、すな
わち出射用光導波路部２２における界分布と屈折率分布
を示している。ここで出射用光導波路部の主コア２４の
厚さはＤ₁は０．２μｍとし、その他の条件は図３に示
した場合と同じとした。図から出射用光導波路部のコア
２４の厚みＤ₁ が０．２μｍと比較的厚いため、導波光
は出射用光導波路部の主コア２４に充分閉じ込もり、副
コアの影響をあまり受けていないことがわかる。出射用
光導波路部２２において副コアの影響をさらに小さくす
るには、主コア２４に近接する副コアの屈折率を低く、
あるいはその厚さを薄くし、または屈折率を低くし、同
時に厚さを薄くすればよい。なお、図３，４，５におけ
る界分布は最大値で規格化した値を示している。本実施
例においては主コア２５の上下両方に副コア２７を設け
ているので、界分布の上下方向における対称性がよく、
結合損失を低減できている。

【００２５】なお、以上の説明においては、副コアの厚
みと屈折率、主コアと副コア間の距離および副コア間の
距離を一定（Ｄ₃ ＝１μｍ）としたが、これらに分布を
持たせてもよい。また主コアのテーパ部は曲線、直線あ
るいはその他の形状でもよい。さらに、副コアの数は主
コア２５の上下において異なってもよい。

【００２６】図６は本発明の第２の実施例の主コアを通
る水平断面図であり、スポットサイズ変換用光導波路部
のコア２５の先端を斜めにするとともに窓領域２９を設
け、半導体素子の端面３０からの戻り光の影響を抑圧し
ている。主コア２５の厚さが先端部に向って徐々に薄く
されていること、および主コアの上下に副コアが設けら
れている点は図１１に示した第１の実施例と同様であ
る。このように主コア２５の先端部を斜めにし、かつ窓
領域を設ける構造は、主コア２５の幅を先端部に向って
狭くする場合にも適用できる。

【００２７】図７に本発明の第３の実施例の垂直断面図
を示す。本実施例と図１に示した第１の実施例の差は主
コア２５の下方の副コアのうち、主コア２５に近接した
副コア２７Ａの下方の形状である。副コア２７Ａは出射
用光導波路部２２の主コア２４の下部には実質的に存在
せず、スポットサイズ変換用光導波路部２３の主コア２
５の下部にのみ設ける。そしてその厚さは主コア２４に
近い部分で薄く、端部に向って徐々に厚くする。このよ
うな副コア２７Ａは、先に説明した主コア２５の形成と
同じく領域選択成長技術を用いて形成する。すなわち、
副コア２７Ａを形成するためのＳｉＯ₂ マスクの幅を端
部に向って広くし、ＭＯＣＶＤ法によって副コア２７Ａ
を形成する。この副コア２７Ａには、例えばＩｎＧａＡ
ｓＰのように高めの屈折率の材料を用いるとよい。出射
用光導波路部２２では、主コア２４と下方の副コア２７
Ｂとは離れているので、導波光は副コア２７Ｂと結合せ
ず、光は主コア２４に閉じ込もる。一方スポットサイズ
変換用光導波路部２３では、副コア２７が先端部ほど厚
くなっているので導波光の結合が強く、界分布の最も強
い箇所を副コア２７Ａに移行できる。このため、界分布
を沈めることができるので、すなわち、スポットサイズ
変換用光導波路部において界分布のピークの位置の上方
の領域を拡大することができるので、界分布を上方にも
広げることができる。

【００２８】図８に本発明の第４の実施例の垂直断面図
を示す。スポットサイズ変換用光導波路部２３の主コア
２５の下部の副コア２７Ａは図７と同様に先端に向って
厚さを厚くしてある。点線で示す部分２７Ｃは通常の方
法で形成された副コア部で、この部分を省略することが
でき、その場合、下部の副コアの構造は図７と同じにな
る。一方主コア２５の上方には、その部分のクラッド２
６をエッチング除去した後副コア２７Ｄおよびクラッド
２６を再成長させてある。出射用光導波路部２２には副
コアがなく、あるいはその主コア２４が副コアと離れて
いるので、出力用光導波路部をスイッチ等の光機能部と
した時、主コア２４への光の閉じ込め効率（Γアタク
タ）を大きくすることができる。

【００２９】図７および図８に示した実施例において、
主コア２５の先端形状を図６と同様にし、窓領域を設け
ることも可能である。また図８に示した再成長により副
コアおよびクラッドを主コア２５の上部に設けること
は、先に示した図１の例においても可能である。また図
７および図８の構成において、下部の副コア２７Ａの厚
さを一定としてもよい。

【００３０】以上の説明では、ｉ−ＭＱＷ層のウェル／
バリアとしてＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓを用いた例を
示したが、ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓやＩｎＧａ
Ａｓ／ＩｎＧａＡｓＰ等その他の材料でもよく、ＩｎＧ
ａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰの構成では特に領域選択成長の
効果が著しい。また、クラッドとしてＩｎＰについて説
明したが、主コアや副コアの屈折率や厚み等を考慮し、
ＩｎＰ以外の材料を用いてもよいし、クラッドの屈折率
に分布を持たせてもよい。さらに、出射用導波路部が受
動素子の場合には、主コアとしてＭＱＷ構造でなく、単
層のコアを用いることもできる。

【００３１】なお、光が半導体光導波路から出射され、
外部の受光用光導波路に結合する場合について説明した
が、光路を逆にすることにより外部から光を半導体光導
波路に入射させる場合にも本発明は適用可能であること
は言うまでもない。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では長手方
向においてコアの形状を変化させた導波路形ビーム変換
素子において、コアの厚さが徐々に薄くなる領域を設
け、その領域の近傍にクラッドよりも屈折率の高い領
域、すなわち副コアを設けている。コアの厚さが薄い領
域において導波光の界分布が広がり、副コアにも導波光
を結合・伝搬させることにより導波光の界分布を上下方
向に広げることができ、外部の光入力素子，光出力素子
との結合損失を大幅に低減できる効果がある。さらに本
発明によれば主コアを領域選択成長法によって形成する
ので、製造工程の簡略化をはかることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示し、（ａ）は水平断
面図、（ｂ）は垂直断面図である。

【図２】副コアの屈折率と結合損失の関係を示す特性図
である。

【図３】本発明実施例における界分布を示す図である。

【図４】従来例における界分布を示す図である。

【図５】本発明実施例の出射用光導波路部における界分
布を示す図である。

【図６】本発明の第２の実施例の水平断面図である。

【図７】本発明の第３の実施例の垂直断面図である。

【図８】本発明の第４の実施例の垂直断面図である。

【図９】従来の素子の斜視図である。

【図１０】図９に示した従来素子の断面を示し、（ａ）
は水平断面図、（ｂ）は垂直断面図である。

【図１１】他の従来素子の断面図である。

【符号の説明】

１導波路形ビーム変換素子２クラッド３出射用光導波路のコア４スポットサイズ変換用光導波路のコア５先球ＳＭＦ６先球ＳＭＦのクラッド７先球ＳＭＦのコア１３多重量子井戸活性層１４コア１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃコア層１５Ａ，１５Ｂ，１５ＣＩｎＰストップエッチ層１６ｎ−ＩｎＰ１７ガイド層１８ｐ−ＩｎＰ１９ガイド／ストップエッチ層２２出射用光導波路部２３スポットサイズ変換用光導波路部２４出射用光導波路部の主コア２５スポットサイズ変換用光導波路部の主コア２６クラッド２７副コア

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光を出射する光導波路であって実質的に
単一モードの光を伝搬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を有す
る導波路形ビーム変換素子において、前記出射用光導波
路部のコアと前記スポットサイズ変換用光導波路部のコ
アは量子井戸構造を形成する積層のみからなり、前記ス
ポットサイズ変換用光導波路部のコアはその厚さが出射
用光導波路部側から素子先端部へ向って薄くなってお
り、かつ前記スポットサイズ変換用光導波路部のコアの
上部および下部には、それぞれクラッドを介して該クラ
ッドより高い屈折率を有する副コアが少なくとも１つ設
けられていることを特徴とする導波路形ビーム変換素
子。
【請求項２】請求項１に記載の導波路形ビーム変換素
子の前記量子井戸構造を形成する積層のみからなるコア
に替えて単層の化合物半導体からなるコアを有すること
を特徴とする導波路形ビーム変換素子。
【請求項３】請求項１または２に記載の導波路形ビー
ム変換素子において、前記スポットサイズ変換用光導波
路部のコアの幅が前記出射用光導波路部から素子端部へ
向って広いことを特徴とする導波路形ビーム変換素子。
【請求項４】請求項１または２に記載の導波路形ビー
ム変換素子において、前記スポットサイズ変換用光導波
路部のコアの幅が前記出射用光導波路部から素子端部へ
向って狭いことを特徴とする導波路形ビーム変換素子。
【請求項５】請求項１，２，３および４のいずれかに
記載の導波路形ビーム変換素子において、前記副コアの
少なくとも１個の屈折率が他の副コアの屈折率と異なる
ことを特徴とする導波路形ビーム変換素子。
【請求項６】請求項１ないし５のいずれかに記載の導
波路形ビーム変換素子において、前記スポットサイズ変
換用光導波路部のコアの上方および下方の副コアのうち
前記コアに最も近い副コアが互いに実質的に対称に配置
されていることを特徴とする導波路形ビーム変換素子。
【請求項７】請求項１ないし５のいずれかに記載の導
波路形ビーム変換素子において、前記スポットサイズ変
換用光導波路部のコアに近接する上下の副コアのうち、
少なくとも一方はその厚さが前記出射用光導波路部側か
ら素子端部へ向って厚くなっていることを特徴とする導
波路形ビーム変換素子。
【請求項８】請求項１ないし５および７のいずれかに
記載の導波路形ビーム変換素子において、前記スポット
サイズ変換用光導波路部のコアに近接する上下の副コア
のうち、少なくとも一方は前記出射用光導波路部の近傍
にのみ設けられていることを特徴とする導波路形ビーム
変換素子。
【請求項９】請求項１ないし８のいずれかに記載の導
波路形ビーム変換素子において、前記スポットサイズ変
換用光導波路部のコアの先端は素子端面から離れている
ことを特徴とする導波路形ビーム変換素子。
【請求項１０】請求項１ないし９のいずれかに記載の
導波路形ビーム変換素子において、前記スポットサイズ
変換用光導波路部のコアの先端は素子端面と非平行であ
ることを特徴とする導波路形ビーム変換素子。
【請求項１１】請求項１または２に記載された導波路
形ビーム変換素子の製造方法において、前記出射用光導
波路部のコアと前記スポットサイズ変換用光導波路部の
コアを形成するためのＳｉＯ₂ マスクの幅を、前記出射
用光導波路部においては一様とし、かつ前記スポットサ
イズ変換用光導波路部においては前記出射用光導波路側
より素子端部へ向って狭くし、該ＳｉＯ₂ マスクを用い
た化学気相成長法によってその厚さが前記出射用光導波
路部においては一定であり、前記スポットサイズ変換用
光導波路部においては前記出射用光導波路部側から素子
端部へ向って薄くなるコアを形成する工程を有すること
を特徴とする導波路形ビーム変換素子の製造方法。
【請求項１２】請求項１１に記載の製造方法におい
て、前記スポットサイズ変換用光導波路部のコアに近接
する副コアの少なくとも一つを形成するためのＳｉＯ₂
マスクの幅を、前記出射用光導波路部側から素子端部へ
向って広くし、該ＳｉＯ₂ マスクを用いた化学気相成長
法に上ってその厚さが前記出力用光導波路側から素子端
部へ向って厚い副コアを形成する工程をさらに有するこ
とを特徴とする導波路形ビーム変換素子の製造方法。
【請求項１３】請求項１１または１２に記載の製造方
法において、前記スポットサイズ変換用光導波路部上に
形成されたクラッド部を除去した後、前記クラッドおよ
び前記副コアを順次成長させる工程を有することを特徴
とする導波路形ビーム変換素子の製造方法。