JP6325941B2 - Optical circuit - Google Patents
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Description
本発明は、光信号が伝搬する光導波路を有する光回路に関し、特に、光の入出力を行うためのグレーティングカプラを備えた光回路に関する。 The present invention relates to an optical circuit having an optical waveguide through which an optical signal propagates, and more particularly, to an optical circuit including a grating coupler for inputting and outputting light.
Siを光導波路コアとする平面光波回路(Si光回路)は、様々な光機能を小型かつ低コストで集積可能なプラットフォームとして注目されている。Si光回路における課題の一つとして、光入出力部における外部の光素子、例えば光ファイバ、フォトダイオード(PD)またはレーザダイオード(LD)等との高効率光結合効率の実現が挙げられる。 2. Description of the Related Art Planar lightwave circuits using Si as an optical waveguide core (Si optical circuit) are attracting attention as a platform capable of integrating various optical functions in a small size and at low cost. One of the problems in the Si optical circuit is realization of high-efficiency optical coupling efficiency with external optical elements such as an optical fiber, a photodiode (PD), or a laser diode (LD) in the optical input / output unit.
従来のSi光回路では、光の入出力の形態として、光回路内にグレーティングカプラを配置し基板面に対し垂直方向に入出力する方法が広く用いられている。高効率光結合効率のために、非特許文献1では、グレーティング形状を最適化することにより、光ファイバとの結合損失0.6dB程度の高効率結合が得られることが開示されている。また、非特許文献2では、結合特性の偏波依存性を積極的に利用し、入出力および偏波分離・結合の機能を兼ね備える構成が提案されている。
In a conventional Si optical circuit, a method of arranging a grating coupler in the optical circuit and inputting / outputting in a direction perpendicular to the substrate surface is widely used as a form of light input / output. For high-efficiency optical coupling efficiency, Non-Patent
上述したグレーティングカプラは上下両側に光を放射するため、外部素子との光結合を高効率にすることが難しい。このため、グレーティングカプラの上下のいずれか一方の側に、反射膜を設置しておき、放射光を一方向に集光させる構成が知られている。非特許文献3では、金(Au)を蒸着したウェハへSi光回路を貼り合せた構成が提案されている。 Since the above-described grating coupler radiates light on both the upper and lower sides, it is difficult to make the optical coupling with an external element highly efficient. For this reason, a configuration is known in which a reflective film is provided on either one of the upper and lower sides of the grating coupler to collect the emitted light in one direction. Non-Patent Document 3 proposes a structure in which a Si optical circuit is bonded to a wafer on which gold (Au) is deposited.
また、特許文献1では、Si基板裏面から形成した窓へ反射膜を蒸着した構成が提案されている。さらに、特許文献2では、Si光回路上面へ反射膜を蒸着し、Si基板裏面から光取出し窓が形成された構成が提案されている。なお、非特許文献1については、特許文献1の上記構成と同様の構成が採用されている。
非特許文献2の場合、ウェハの貼り合せや裏面の窓形成といった複雑なプロセスを用いない簡易な工程でグレーティングカプラを作製しているが、光結合効率が低くなるという問題があった。
In the case of Non-Patent
非特許文献3の場合、製造工程が複雑になるという問題があった。すなわち、通常のSi光回路作製工程に加え、ウェハ貼り合せ工程および光回路側の支持シリコン層除去工程が必要になる。 In the case of Non-Patent Document 3, there is a problem that the manufacturing process becomes complicated. That is, in addition to a normal Si optical circuit manufacturing process, a wafer bonding process and a supporting silicon layer removing process on the optical circuit side are required.
また、特許文献1〜2の場合についても、Si基板裏面からの窓形成工程が必要となり、製造工程が複雑になるという問題があった。
Also, in the case of
本発明は、このような状況においてなされたものであり、その目的は、高効率かつ製造工程の簡易な光入出力構造を有する光回路を提供することである。 The present invention has been made in such a situation, and an object thereof is to provide an optical circuit having an optical input / output structure with high efficiency and a simple manufacturing process.
上記の課題を解決するための本発明は、傾斜構造を有する支持基板と、前記支持基板上に形成されたアンダークラッド層と、前記アンダークラッド層上に形成され、グレーティングカプラを有するコア層と、前記コア層上に形成されたオーバークラッド層とを備え、前記アンダークラッド層は前記グレーティングカプラ下部において前記支持基板と接しておらず、前記傾斜構造は、前記グレーティングカプラ下部の前記支持基板に形成されており、前記グレーティングカプラから出射される光を反射する傾斜構造となっている。 The present invention for solving the above problems, a support substrate having an inclined structure, an under cladding layer formed on the support substrate, a core layer formed on the under cladding layer and having a grating coupler, An over clad layer formed on the core layer, the under clad layer is not in contact with the support substrate below the grating coupler, and the inclined structure is formed on the support substrate below the grating coupler. The inclined structure reflects light emitted from the grating coupler .
ここで、前記グレーティングカプラ上部の前記オーバークラッド層には、反射膜が形成されるようにしてもよい。 Here, a reflective film may be formed on the over clad layer above the grating coupler.
前記グレーティングカプラ下部の前記アンダークラッド層と前記傾斜構造との間に、前記アンダークラッド層の屈折率と同程度の屈折率を有するマッチング材を充填するようにしてもよい。 A matching material having a refractive index comparable to that of the under cladding layer may be filled between the under cladding layer below the grating coupler and the inclined structure.
前記支持基板およびコア層の材質をSiとし、前記アンダークラッド層の材質をSiO2としてもよい。 The material of the support substrate and the core layer may be Si, and the material of the under cladding layer may be SiO2.
前記傾斜構造は、前記支持基板に対する異方性エッチングにより形成するようにしてもよい。 The inclined structure may be formed by anisotropic etching with respect to the support substrate.
また、上記の課題を解決するための本発明は、光回路の作製方法であって、支持基板上に、アンダークラッド層と、グレーティングカプラを有するコア層と、オーバークラッド層との順に積層された光導波路を形成する工程と、前記グレーティングカプラの周辺部分において、前記オーバークラッド層及び前記アンダークラッド層を除去して、溝を形成する工程と、前記グレーティングカプラのオーバークラッド層及びアンダークラッド層をマスクとして、前記溝を異方性エッチングすることにより、前記グレーティングカプラ下部の前記支持基板に、前記グレーティングカプラから出射される光を反射する傾斜構造を形成する工程とを含む。 Further, the present invention for solving the above problems is a method for manufacturing an optical circuit, wherein an under cladding layer, a core layer having a grating coupler, and an over cladding layer are stacked in this order on a support substrate. A step of forming an optical waveguide; a step of removing the overcladding layer and the undercladding layer in a peripheral portion of the grating coupler to form a groove; and a masking of the overcladding layer and the undercladding layer of the grating coupler. And forming an inclined structure for reflecting light emitted from the grating coupler on the support substrate below the grating coupler by anisotropically etching the groove .
本発明によれば、高効率で製造工程が簡易なものとなる。 According to the present invention, the manufacturing process is highly efficient and simple.
<第1実施形態>
以下、本発明の第1実施形態である光回路10について説明する。
<First Embodiment>
The
[光回路の構成]
先ず、本実施形態の光回路10の構成について図1を参照して説明する。図1は、本実施形態の光回路10の構成例を示す概略図であって、(a)は光回路10の上面図、(b)は(a)に示したA−A´断面図、を示す。
[Configuration of optical circuit]
First, the configuration of the
この光回路10は、例えばSiからなる支持基板100を備える。図1(b)に示すように、光回路10は、支持基板100上において、支持基板100の側から、アンダークラッド層101、コア層102、オーバークラッド層103が積層されている。この光回路10では、2つのクラッド層101,103は例えばSiO2で形成され、コア層102は例えばSiで形成される。
The
なお、図1に示す支持基板100は、例えば石英で形成するようにすることもできる。
Note that the
図1において、コア層102は、グレーティングカプラ111と、このグレーティングカプラ111と光接続された入出力光導波路112とを有する。
In FIG. 1, the
グレーティングカプラ111上部のオーバークラッド層103上には、例えばAlからなる反射膜113が形成される。また、支持基板100は、グレーティングカプラ111下部において、斜面構造121を有する。
On the over
アンダークラッド層101は、グレーティングカプラ111下部において支持基板100と接していない。
The under
本実施形態では、Si支持基板100の面方位は(100)である。斜面構造121は、後述するように、異方性ウェットエッチングで形成されたSi(111)面である。斜面構造121の斜面の水平面に対する角度θsは、54.7°である。
In the present embodiment, the plane orientation of the
グレーティングカプラ111下部のアンダークラッド層101と斜面構造121との間には、アンダークラッド層101下面での光反射を防ぐため、アンダークラッド層101の材質であるSiO2に近い屈折率を有するマッチング材141が充てんされる。マッチング材141として、光回路10と光ファイバ142とを接続するために用いられる接着剤等を使用することができる。
A matching material having a refractive index close to that of SiO 2 that is the material of the under
グレーティングカプラ111の下方へ出射された光は、斜面構造121で反射され、支持基板100側の面方向に出射され、光ファイバ142に結合する。
The light emitted downward from the
この光回路10では、反射膜113が形成されるため、グレーティングカプラ111から出射する光のほぼ全てが、図1(b)の矢印で示されているように、グレーティングカプラ111の下方に出射される。そして、下方に出射された光は、斜面構造121での反射により、略水平方向(正のz軸方向)に光路方向が変わり、その後、光ファイバ142に結合する。
In this
図1(b)に示した光の出射角度θb(すなわち、-y軸方向に対するグレーティングカプラ111から出射する光の角度)は、θb=2θs−90°とした場合、斜面構造121による光の反射後の出射光軸を、支持基板100の基板面に対して水平方向(z軸方向)とすることができる。
When the light emission angle θb (that is, the angle of light emitted from the
図1(b)の例では、水平出射を得るためのθbは、θb=19.5°となる。なお、θbの値は、グレーティングピッチに依存するため、設計時に調節することができる。 In the example of FIG. 1B, θb for obtaining horizontal emission is θb = 19.5 °. Since the value of θb depends on the grating pitch, it can be adjusted at the time of design.
[光回路の作製工程]
次に、本実施形態の光回路10の全体的な作製工程について再度図1を参照して説明する。
[Optical circuit fabrication process]
Next, the overall manufacturing process of the
この作製工程では、まず、光導波路およびグレーティングカプラを有するSi光回路を作製する。 In this manufacturing process, first, a Si optical circuit having an optical waveguide and a grating coupler is manufactured.
例えば、まず、支持基板100としてのSi(100)基板、アンダークラッド層101としてのSiO2層、コア層102としてのSi層の順に積層されたSOI(Silicon on Insulator)基板を用意する。この場合、支持基板100の厚さは例えば500μm、アンダークラッド層101の厚みは例えば約2μm、コア層102の厚みは例えば約250nmとする。
For example, first, an SOI (Silicon on Insulator) substrate is prepared in which an Si (100) substrate as the
続いて、コア層102に対して、フォトリソグラフィにより光導波路形状を規定するレジストパタンを形成し、RIE(Reactive Ion Etching)法等によりエッチングを行う。この場合、グレーティングカプラ111を形成するため、エッチング工程は2段階以上に分けて行う。
Subsequently, a resist pattern for defining the optical waveguide shape is formed on the
例えば、最初のエッチングでグレーティングカプラ111の凸部を残して約80nm掘り下げ、2回目のエッチングでグレーティングカプラ111を含む全ての光導波路部を残してコア層102を除去する。
For example, about 80 nm is dug while leaving the convex portion of the
グレーティングカプラ111の光伝搬軸方向の長さは例えば20μm程度とする。
The length of the
最後に、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法等により、SiO2からなるオーバークラッド層103を堆積し、その上面をCMP(Chemical Mechanical Polishing)等により平坦化する。オーバークラッド層103の厚みは、例えば約2μmとする。このようにして、光導波路112およびグレーティングカプラ111を有するSi光回路が作製される。
Finally, an
さらに、この実施形態の光回路10では、反射膜113を形成する。反射膜113の材質として、例えばAlが用いられる。反射膜113のパタン形成には、例えば光導波路形成と同様に、フォトリソグラフィとプラズマCVDとを採用することができる。
Further, in the
反射膜113のAl膜の厚みは、例えば約500nmとする。反射膜113の形成後、必要に応じて反射膜113上にはSiO2等の保護膜を形成する。
The thickness of the Al film of the
なお、Si光回路に電気配線を形成する必要がある場合、電気配線の材料として、Alが用いられる場合が多いため、反射膜113の材質として、上述のAlを用いるのが好ましい。配線の形成と反射膜の形成とを同時に行うことができ、結果として作製効率が良いからである。
When it is necessary to form an electrical wiring in the Si optical circuit, Al is often used as the material of the electrical wiring. Therefore, it is preferable to use the above-described Al as the material of the
Si光回路に電気配線を形成する必要がなる場合としては、例えば、熱光学効果やキャリア効果を用いた位相シフタを含む光回路において、電極取出しのための配線が必要となる場合等が考えられる。 As a case where it is necessary to form an electrical wiring in the Si optical circuit, for example, in an optical circuit including a phase shifter using a thermo-optic effect or a carrier effect, a wiring for extracting an electrode is required. .
なお、上記各工程において、上記各層の厚み、エッチング工程の段階数および掘り下げ深さ等は、所望の特性に応じて適宜変更することができる。 In each of the above steps, the thickness of each layer, the number of steps in the etching step, the depth of digging, and the like can be appropriately changed according to desired characteristics.
また、レジストパタン形成において、より微細なパタンが必要となる場合には電子ビームリソグラフィを用いることもできる。 Further, when a finer pattern is required in forming a resist pattern, electron beam lithography can be used.
オーバークラッド層103の材質として、SiONやポリマ等を用いても良い。反射膜113の材料として、例えばAuを用いても良い。また、反射膜113の蒸着に真空蒸着を適用しても良いし、パタニングにはリフトオフ法を適用しても良い。
As the material of the over clad
[斜面構造の作製工程]
次に、上述した斜面構造121の作製工程について、図2を参照して説明する。図2は、光回路10の斜面構造121の作製工程の一例を示す図であって、(1)はグレーティングカプラ211および反射膜213の周辺において溝231を形成する工程、(2)は溝231をダイシングして傾斜構造221を形成する工程、を示す。
[Slope structure manufacturing process]
Next, a manufacturing process of the
まず、グレーティングカプラ111及び反射膜113の周辺部分において、コの字型の溝231を形成する(図2(1))。具体的には、フォトリソグラフィおよびRIEにより、支持基板100をエッチストッパとして、オーバークラッド層103及びアンダークラッド層101をエッチング除去することで、図2(1)に示すような溝131を形成する。
First, a U-shaped groove 231 is formed in the peripheral portion of the
溝131の外形は、例えば、70μm(x軸方向)×80μm(z軸方向)とする(図2(1)の上面図を参照)。また、溝131のコの字型の各張り出し部(突出部)の大きさは、例えば、30μm(x軸方向)×40μm(z軸方向)とする(図2(1)の上面図を参照)。
The outer shape of the
この溝231を形成する工程は、例えば熱光学位相シフタの電力効率を向上するための断熱溝を形成する必要がある場合、断熱溝形成と同時に行うことができる。 The step of forming the groove 231 can be performed simultaneously with the formation of the heat insulation groove, for example, when it is necessary to form the heat insulation groove for improving the power efficiency of the thermo-optic phase shifter.
次に、オーバークラッド層103及びアンダークラッド層101としてのSiO2膜をマスクとし、KOH水溶液による異方性ウェットエッチングを行うことによって、エッチピットを形成する。エッチングレートのSi面方位依存性により、上記張り出し部の下部はアンダーカットされ、溝131の外径に沿った錐台形状のエッチピットが形成される(例えば、K.E.Petersen, Silicon as a Mechanical Material, Proc. IEEE, vol. 70, no. 5, May. 1982, pp. 420-457の図5(d)を参照)。
Next, etch pits are formed by performing anisotropic wet etching with a KOH aqueous solution using the SiO 2 film as the over
本実施形態では、グレーティングカプラ111の下部にSi(111)面に対応する斜面構造121を得ることができる。この場合、斜面構造121の斜面の角度は、例えば54.7°となる。
In the present embodiment, the
次に、図2(2)に示すように、溝131の中央より左側(グレーティングカプラ111の下部)において、ダイシング等により切り落とすことによって、図2(2)に示したθを有する斜面構造121を得ることができる。
Next, as shown in FIG. 2 (2), the
本実施形態の光回路10の構造は、従来のような特殊な工程(ウェハ貼り合わせ、裏面からの加工)を行うことがなく、ウェハ上面からの一般的な加工(成膜、フォトリソグラフィ、エッチング)のみで形成することができる。このため、光回路10は、従来の回路よりも作製が簡易である。
The structure of the
また、光回路10では、グレーティングカプラ111の片側に反射膜113が形成されるため、外部素子(本実施形態では、光ファイバ142)との高効率な光結合が実現できる。
Further, in the
<第2実施形態>
以下、第2実施形態である光回路10Aについて説明する。
Second Embodiment
Hereinafter, an
第1実施形態の光回路10において、グレーティングカプラ111の向きを変更して配置するようにしてもよい。すなわち、第1実施形態の光回路10では、グレーティングカプラ111は、斜面構造121により光反射された最終的な出射方向と平行(z軸方向)に配置されていたが、本実施形態の光回路10Aでは、グレーティングカプラ311は、出射方向と直交(x軸方向)するように配置される。
In the
なお、上述したグレーティングカプラ111の向きは、グレーティングカプラ内の光伝搬方向を意味する。
The direction of the
上記以外の光回路10Aの構成は、図1および図2で示したものとほぼ同一である。本実施形態の以下の説明では、特に特記しない限り、第1実施形態の説明で用いた用語をそのまま用いる。
The configuration of the
図3は、本実施形態の光回路10Aの構成例を示す概略図であって、(a)は光回路10Aの上面図、(b)は(a)に示したA−A´断面図、を示す。
3A and 3B are schematic diagrams illustrating a configuration example of the
図3に示すように、光回路10Aでは、図1に示したものと同様に、支持基板300上において、アンダークラッド層301、コア層302、オーバークラッド層303が積層され、コア層302は、グレーティングカプラ311と、入出力光導波路312とを有する。そして、グレーティングカプラ311上部のオーバークラッド層303上には、反射膜313が形成され、また、グレーティングカプラ311下部において、斜面構造321を有している。
As shown in FIG. 3, in the
マッチング材341は、アンダークラッド層301と斜面構造321との間には、アンダークラッド層301下面での光反射を防ぐため、アンダークラッド層301の材質であるSiO2に近い屈折率を有する接着材等で形成されている。
The matching
一方、図1に示したものと異なり、この光回路10Aでは、グレーティングカプラ311は、グレーティングカプラ311内の光伝搬方向がx軸方向になるように配置される。この場合の斜面構造321の角度θsは45°であり、従って、グレーティングカプラ311からのyz平面内での出射ビーム傾き角θbは、0°となる。
On the other hand, unlike the one shown in FIG. 1, in this
なお、傾斜構造321の45°斜面は、Si(110)基板を用い、Si(100)面を斜面として形成することができる。
Note that the 45 ° slope of the
グレーティングカプラ311の下方へ出射された光は、斜面構造321で反射され、支持基板300側の面方向に出射され、結果として、平面光導波路素子343の入出力部である導波路型SSC(Spot-Size Converter)光ファイバ344に結合する。
The light emitted downward from the
一般に、導波路型SSCでは、平面光導波路素子の基板に対し水平方向のモード形状を制御することは容易であるが、基板垂直方向のモード形状を制御することは難しくなる。これは、水平方向のモード形状はマスクパタン形状、例えばSSCの横幅により制御できるが、垂直方向のモード形状は、基本的にコア膜厚等の成膜条件によって規定され、コア膜厚は他の回路要素等の制約もあり設計自由度が高くないためである。 In general, in the waveguide type SSC, it is easy to control the mode shape in the horizontal direction with respect to the substrate of the planar optical waveguide device, but it is difficult to control the mode shape in the substrate vertical direction. This is because the mode shape in the horizontal direction can be controlled by the mask pattern shape, for example, the width of the SSC, but the mode shape in the vertical direction is basically defined by the film forming conditions such as the core film thickness. This is because the degree of freedom in design is not high due to restrictions such as circuit elements.
一方、グレーティングカプラの入出力ビームのモード形状については、グレーティング内の光伝搬軸方向に対し直交方向(図1のx軸方向、図3のz軸方向)のモード制御は容易であり、平行方向(図1のz軸方向、図3のx軸方向)のモード形状の制御は困難となる。これは、直交方向のモード形状はマスクパタン形状、例えばグレーティングカプラ部の横幅により制御でき、さらには、湾曲したグレーティングを用いることで集光させることも可能である(例えば、F.V.Laere et al., “Compact Focusing Grating Couplers for Silicon-on-Insulator Integrated Circuits,” Photon. Technol. Lett., vol.19, no.23, December 2007, pp. 1919-1921を参照)が、平行方向のモード形状は、グレーティングの個々の凹凸の散乱強度によって規定され、その散乱強度は基本的に個々の凹凸の深さによって決まるため、多段階のエッチングなど特殊かつ複雑な工程を用いなければモード形状制御が難しいためである。 On the other hand, with respect to the mode shape of the input / output beams of the grating coupler, mode control in the direction orthogonal to the light propagation axis direction in the grating (x-axis direction in FIG. 1 and z-axis direction in FIG. 3) is easy and parallel Control of the mode shape in the z-axis direction in FIG. 1 and the x-axis direction in FIG. 3 becomes difficult. This is because the mode shape in the orthogonal direction can be controlled by a mask pattern shape, for example, the lateral width of the grating coupler section, and further, it can be condensed by using a curved grating (for example, FVLaere et al., “Compact Focusing Grating Couplers for Silicon-on-Insulator Integrated Circuits,” Photon. Technol. Lett., Vol.19, no.23, December 2007, pp. 1919-1921), but the parallel mode shape is Because it is defined by the scattering intensity of each irregularity of the grating, and the scattering intensity is basically determined by the depth of each irregularity, it is difficult to control the mode shape unless special and complicated processes such as multi-step etching are used. is there.
本実施形態の光回路10Aでは、第1実施形態の効果(簡易な製造工程で高効率な光結合を達成できること)を有するほか、次のような効果も奏する。すなわち、グレーティング311の向きによって、平面光導波路素子側のSSC344の水平方向(x軸方向)のモード形状をグレーティングカプラ311の伝搬軸平行方向(x軸方向)のモード形状に合うように設計し、さらにはグレーティングカプラ311の伝搬軸直行方向(z軸方向)のモード形状をSSC344の垂直方向(y軸方向)のモード形状に合うようにすることができるので、高い光結合効率が実現できる。
In addition to the effects of the first embodiment (highly efficient optical coupling can be achieved with a simple manufacturing process), the
<第3実施形態>
図1に示した斜面構造141の形状は変更することができる。図4は、本実施形態の光回路10Bの構成例を示す概略図であって、(a)は光回路10Bの上面図、(b)は(a)に示したA−A´断面図、を示す。
<Third Embodiment>
The shape of the
図4に示すように、光回路10Bでは、図1に示したものと同様に、支持基板400上において、アンダークラッド層401、コア層402、オーバークラッド層403が積層され、コア層402は、グレーティングカプラ411と、入出力光導波路412とを有する。そして、グレーティングカプラ411上部のオーバークラッド層403上には、反射膜413が形成され、また、グレーティングカプラ411下部において、斜面構造421を有している。
As shown in FIG. 4, in the
マッチング材441は、アンダークラッド層301の材質であるSiO2に近い屈折率を有する接着材等で形成されている。
The matching
一方、図1に示したものと異なり、この光回路10Bでは、斜面構造421はSi(111)面が用いられる。図4の例では、θbは、例えば54.7°とする。傾斜構造421は、図4(b)に示すように、2つの傾斜構造421,422を有する。
On the other hand, unlike the one shown in FIG. 1, in this
この実施形態の光回路10Bでは、グレーティングカプラ411からの出射光は、斜面構造421で反射された後、さらに傾斜構造422で反射され、支持基板400の上方(+y軸方向)へ出射される。この場合、基板100の上方において、上記出射した光を入射する外部素子(例えば、光ファイバ、フォトダイオードまたはレーザーダイオード等)を配置しておけば、高効率な光結合が実現される。
In the
なお、図4では、上記外部素子は図示されていないが、マッチング材441は、結合先の上記外部素子とオーバークラッド層403との間にも充填するのが好ましい。
Although the external element is not shown in FIG. 4, the matching
傾斜構造421,422によって光が伝搬する様子について、図5を参照して説明する。図5は、傾斜構造421,422によって光が伝搬する様子を示す模式図である。
The manner in which light propagates through the
図5において、yz平面内におけるグレーティングカプラ411から下方への出射ビーム傾き角をθb、斜面構造421,422の各傾斜角度をθsとすると、光回路10Bから最終的に出射するビーム角は、(−θb+4θs−180)°となる。この式から、例えば、最終的に出射するビーム角を8°とする場合、θbを、約30.1°とすればよい。
In FIG. 5, assuming that the outgoing beam tilt angle downward from the
本実施形態の光回路10Bによると、垂直方向(y軸方向)に光入出力を行う場合に有益である。この光回路10Bの構造は、第1実施形態に示したものよりも、グレーティングカプラ411と外部素子との間のビーム伝搬距離が長くなるため、ビーム広がりによる結合損失が若干大きくなり得る。しかし、反射膜413によって、グレーティングカプラ411からの出射光の回収効率が高まる。この点で、第1実施形態の場合と同様に、高効率で簡易な製造工程で実現できるという効果を奏する。
The
以上、上記各実施形態について詳述してきたが、光変調器10,10A,10Bの構成を変更することもできる。
As mentioned above, although each said embodiment was explained in full detail, the structure of
例えば、第1実施形態の光回路10では、結合先の外部素子は光ファイバ142である場合に限られず、例えば、レーザーダイオード、フォトダイオード、または他の光導波路であっても良い。グレーティングカプラ111は、設計の自由度があり、外部素子の導波モード形状に合わせて様々な最適設計が可能である。
For example, in the
第1実施形態の斜面構造121による反射により光が出射する最終的な光軸は、必ずしもz軸に平行である必要はない。例えば、端部が斜めに研磨された光ファイバブロック等を用いる場合には、出射光軸は、yz平面内で傾くようにしも良い。その場合は、上記のθb=2θs−90°を満たす必要はない。
The final optical axis from which light is emitted by reflection by the
第1実施形態の光回路10では、Si(100)基板100を用い、Si(111)面を斜面構造121とした場合について説明したが、基板100としてSi(110)を用い、Si(100)面を斜面構造121とすることもできる。この場合、角度θs=45°の斜面構造を得ることができる(例えば、山下著他、KOH水溶液を用いた電圧印加によるn−Si(110)の等方性エッチング、デンソーテクニカルレビュー、Vol.6、No.2、2001、を参照)。
In the
第1実施形態の光回路10では、反射膜113を形成する場合について説明したが、反射膜113は形成しないようにすることもできる。図6は、かかる光回路10aの構成例を示す模式図である。
In the
図6に示す光回路10aは、グレーティングカプラ111の上方に反射膜が形成されていない。図6の例では、グレーティングカプラ111からの出射光は、上方(+y軸方向)と側方(+z軸方向)の両方から取り出され、それぞれの方向成分が利用される。つまり、図6に一例を示すように、入出力ファイバ142は光回路10aの上方に設けられ、モニタ用フォトディテクタ650は光回路10aの側面に設けられる。
In the
仮に、従来の構造(非特許文献3)において、図6に示したものと同じように、グレーティングカプラの両側の出力を両方利用することを試みた場合、上方(+y軸方向)と下方(−y軸方向)との入出力先に素子を配置しなければならず、結果として、実装することが難しい。しかし、図6に示したもののように、グレーティングカプラ111下部に斜面構造121が形成されることによって、光回路の上下両面ではなく、上方と側方とから光入出力を行うことができる。
If, in the conventional structure (Non-patent Document 3), as in the case shown in FIG. 6, it is attempted to use both outputs on both sides of the grating coupler, the upper (+ y-axis direction) and the lower (− The element must be arranged at the input / output destination with respect to the y-axis direction), and as a result, it is difficult to mount. However, as shown in FIG. 6, by forming the
第2実施形態の光回路10Aでは、斜面構造321の角度θsを例えば45°とした場合について説明した。しかし、θsの値は変更することができる。例えば、θsを54.7°とする場合には、グレーティングカプラ311からの出射ビーム傾き角を19.5°とするように、グレーティングカプラ311のグレーティングパタンを斜めに設けておき、グレーティングカプラ311の面内配置方向をx軸方向ではなく、x軸方向よりも所定の角度ずらす等するのが好ましい。
In the
また、第2実施形態の光回路10Aでは、グレーティングカプラ311からのxy平面内での出射ビームの傾き角が0°となる場合を想定し、SSC344の向きがz軸方向に平行となるようにしているが、上記出射ビームの傾き角が0°でならない場合は、SSC344も、z軸方向に対し、所定の傾斜を有するように配置することが好ましい。
Further, in the
10
100、300、400 支持基板
101、301、401 アンダークラッド層
102、302、402 コア層
103、303、403 オーバークラッド層
111、311、411 グレーティングカプラ
112、312、412 光導波路
113、313、413 反射膜
121、421、422 斜面構造
141、341、441 マッチング材
142 光ファイバ
343 平面光導波路素子
344 導波路SSC
10
100, 300, 400
Claims (6)
前記支持基板上に形成されたアンダークラッド層と、
前記アンダークラッド層上に形成され、グレーティングカプラを有するコア層と、
前記コア層上に形成されたオーバークラッド層と
を備え、
前記アンダークラッド層は前記グレーティングカプラ下部において前記支持基板と接しておらず、
前記傾斜構造は、前記グレーティングカプラ下部の前記支持基板に形成されており、前記グレーティングカプラから出射される光を反射する傾斜構造となっていることを特徴とする光回路。 A support substrate having an inclined structure; an underclad layer formed on the support substrate;
A core layer formed on the under cladding layer and having a grating coupler;
An overcladding layer formed on the core layer,
The under cladding layer is not in contact with the support substrate under the grating coupler,
2. The optical circuit according to claim 1 , wherein the inclined structure is formed on the support substrate below the grating coupler, and has an inclined structure that reflects light emitted from the grating coupler .
を特徴とする請求項1または2に記載の光回路。 3. A matching material having a refractive index comparable to that of the under cladding layer is filled between the under cladding layer and the inclined structure below the grating coupler. An optical circuit according to 1.
前記アンダークラッド層の材質がSiO2であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の光回路。 The material of the support substrate and the core layer is Si,
Optical circuit according to any one of claims 1 to 3 material of the under-cladding layer is characterized by a SiO 2.
支持基板上に、アンダークラッド層と、グレーティングカプラを有するコア層と、オーバークラッド層との順に積層された光導波路を形成する工程と、
前記グレーティングカプラの周辺部分において、前記オーバークラッド層及び前記アンダークラッド層を除去して、溝を形成する工程と、
前記グレーティングカプラのオーバークラッド層及びアンダークラッド層をマスクとして、前記溝を異方性エッチングすることにより、前記グレーティングカプラ下部の前記支持基板に、前記グレーティングカプラから出射される光を反射する傾斜構造を形成する工程と
を含む光回路の作製方法。 An optical circuit manufacturing method comprising:
On the support substrate, forming an optical waveguide laminated in the order of an under cladding layer, a core layer having a grating coupler, and an over cladding layer;
In the peripheral portion of the grating coupler, removing the over clad layer and the under clad layer to form a groove;
Using the over-cladding layer and under-cladding layer of the grating coupler as a mask, the groove is anisotropically etched to provide an inclined structure that reflects light emitted from the grating coupler on the support substrate under the grating coupler. And a forming method.
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