特許 7306125 スポットサイズ変換器およびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-07-03

(45)【発行日】2023-07-11

(54)【発明の名称】スポットサイズ変換器およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/122 20060101AFI20230704BHJP

   G02B 6/13 20060101ALI20230704BHJP

【ＦＩ】

G02B6/122 311

G02B6/13

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2019132770

(22)【出願日】2019-07-18

(65)【公開番号】P2021018288

(43)【公開日】2021-02-15

【審査請求日】2021-12-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087480

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 修平

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 昌崇

(72)【発明者】

【氏名】田中 肇

【審査官】堀部 修平

(56)【参考文献】

【文献】韓国公開特許第１０－２００４－０００９３２５（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開２００９－１５２５０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１３７４９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００１－５００２８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－１１６１３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００８／１１４６２４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ６／１２ － ６／１４

Ｈ０１Ｓ ５／００ － ５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光を伝搬し、第１コア層を含む第１導波路と、
前記第１導波路の上に設けられ、光を伝搬し、第２コア層を含む第２導波路と、を具備し、
前記第１導波路および前記第２導波路の延伸方向に沿って連続する第１領域および第２領域が設けられ、
前記第１導波路と前記第２導波路とは、メサを形成し、
前記メサは前記第１領域および前記第２領域に延伸し、
前記第２領域における前記メサの断面形状は矩形であり、
前記第１領域における前記第２導波路の断面形状は、前記第１導波路から遠ざかるほど細くなるテーパ形状を含み、
前記第２導波路のうち前記断面形状が前記テーパ形状である部分において、前記第２導波路の側面と前記第２導波路の底面との間の角度は６０°以下であるスポットサイズ変換器。

【請求項2】

前記第２導波路は、前記第１コア層と前記第２コア層との間に設けられた第１クラッド層を含み、
前記第１コア層、前記第２コア層および前記第１クラッド層は前記メサに含まれ、
前記第１領域における前記第１クラッド層および前記第２コア層の断面形状が前記テーパ形状を含む請求項１に記載のスポットサイズ変換器。

【請求項3】

前記第２導波路は、前記第２コア層の上に設けられた第２クラッド層を含み、
前記第１コア層、前記第２コア層、前記第１クラッド層および前記第２クラッド層は前記メサに含まれ、
前記第１領域における前記第２クラッド層は、前記第２領域における前記第２クラッド層に比べて薄い、または前記第１領域に前記第２クラッド層は設けられていない請求項２に記載のスポットサイズ変換器。

【請求項4】

前記第１導波路は、前記第１領域側から前記第２領域側にかけて幅が小さくなるテーパ形状を有し、
前記第２導波路は、前記第２領域側から前記第１領域側にかけて幅が小さくなるテーパ形状を有する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のスポットサイズ変換器。

【請求項5】

前記第１領域は前記第２領域とは反対側に光の入出射面を有する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のスポットサイズ変換器。

【請求項6】

主面が（１００）面である基板の上に、第１導波路、および第２導波路を順に形成する工程と、
前記第２導波路をエッチングすることにより、前記第２導波路の断面形状を前記第１導波路から遠ざかるほど細くなるテーパ形状とする工程と、を含み、
前記基板はインジウムリンで形成され、
前記第２導波路は、コア層と、前記コア層の上に設けられたクラッド層とを含み、
前記第２導波路の断面形状をテーパ形状とする工程は、前記クラッド層をウェットエッチングすることにより、前記クラッド層に断面形状がテーパ形状であるメサを形成する工程と、前記メサを有する前記クラッド層および前記コア層をドライエッチングする工程と、を含み、
前記クラッド層のメサは＜０－１１＞方向に延伸し、
前記第２導波路の側面と前記第２導波路の底面との間の角度は６０°以下であるスポットサイズ変換器の製造方法。

【請求項7】

前記クラッド層はエッチングストップ層を含み、
前記ウェットエッチングは、前記エッチングストップ層が露出するまで行われる請求項６に記載のスポットサイズ変換器の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はスポットサイズ変換器およびその製造方法
に関する。

【背景技術】

【0002】

光のスポットサイズを変換するスポットサイズ変換器が知られている（特許文献１など）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特表２００２－５１９８４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

スポットサイズ変換器は、光が伝搬する導波路を例えば２つ有し、導波路間で光を遷移させる。しかし、導波路間の結合が弱く、光の変換効率が低下することがある。そこで、変換効率の向上が可能なスポットサイズ変換器およびその製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明に係るスポットサイズ変換器は、光を伝搬し、第１コア層を含む第１導波路と、前記第１導波路の上に設けられ、光を伝搬し、第２コア層を含む第２導波路と、を具備し、前記第１導波路および前記第２導波路の延伸方向に沿って連続する第１領域および第２領域が設けられ、前記第１領域における前記第２導波路の断面形状は、前記第１導波路から遠ざかるほど細くなるテーパ形状であり、前記第２導波路の側面と前記第２導波路の底面との間の角度は６０°以下であるスポットサイズ変換器である。

【0006】

本発明に係るスポットサイズ変換器の製造方法は、第１導波路、および第２導波路を順に形成する工程と、前記第２導波路をエッチングすることにより、前記第２導波路の断面形状を前記第１導波路から遠ざかるほど細くなるテーパ形状とする工程と、を含み、前記第２導波路の側面と前記第２導波路の底面との間の角度は６０°以下であるスポットサイズ変換器の製造方法である。

【発明の効果】

【0007】

上記発明によれば、変換効率の向上が可能である。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１（ａ）から図１（ｃ）は実施例１に係るスポットサイズ変換器を例示する断面図である。

【図2】図２（ａ）から図２（ｃ）はスポットサイズ変換器を例示する断面図である。

【図3】図３（ａ）および図３（ｂ）はスポットサイズ変換器を例示する断面図である。

【図4】図４は変換効率の計算結果を示す図である。

【図5】図５（ａ）はスポットサイズ変換器の製造方法を例示する断面図であり、図５（ｂ）および図５（ｃ）はスポットサイズ変換器の製造方法を例示する平面図である。

【図6】図６（ａ）および図６（ｂ）はスポットサイズ変換器の製造方法を例示する断面図である。

【図7】図７（ａ）および図７（ｂ）はスポットサイズ変換器の製造方法を例示する断面図である。

【図8】図８はスポットサイズ変換器の製造方法を例示する断面図である。

【図9】図９（ａ）から図９（ｃ）はスポットサイズ変換器の製造方法を例示する断面図である。

【図10】図１０（ａ）から図１０（ｃ）はスポットサイズ変換器の製造方法を例示する断面図である。

【図11】図１１（ａ）はスポットサイズ変換器の製造方法を例示する断面図であり、図１１（ｂ）および図１１（ｃ）はスポットサイズ変換器の製造方法を例示する平面図である。

【図12】図１２は実施例２に係るスポットサイズ変換器を例示する断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

[本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。

【0010】

本願発明の一形態は、（１）光を伝搬し、第１コア層を含む第１導波路と、前記第１導波路の上に設けられ、光を伝搬し、第２コア層を含む第２導波路と、を具備し、前記第１導波路および前記第２導波路の延伸方向に沿って連続する第１領域および第２領域が設けられ、前記第１領域における前記第２導波路の断面形状は、前記第１導波路から遠ざかるほど細くなるテーパ形状であり、前記第２導波路の側面と前記第２導波路の底面との間の角度は６０°以下であるスポットサイズ変換器である。これにより第１コア層と第２コア層との間における光の変換効率が向上する。
（２）前記第２導波路は、前記第１コア層と前記第２コア層との間に設けられた第１クラッド層を含み、前記第１クラッド層および前記第２コア層の断面形状が前記テーパ形状でもよい。矩形の場合に比べて第１クラッド層の有効屈折率が高くなることにより、変換効率が向上する。
（３）前記第２導波路は、前記第２コア層の上に設けられた第２クラッド層を含み、前記第１領域における前記第２クラッド層は、前記第２領域における前記第２クラッド層に比べて薄い、または前記第１領域に前記第２クラッド層は設けられていなくてもよい。第２クラッド層の有効屈折率が低下するため、変換効率が向上する。
（４）前記第１導波路は、前記第１領域側から前記第２領域側にかけて幅が小さくなるテーパ形状を有し、前記第２導波路は、前記第２領域側から前記第１領域側にかけて幅が小さくなるテーパ形状を有してもよい。導波路間における光の変換効率が向上する。また、第１導波路の幅が小さくなることで光をカットオフにする。
（５）前記第１領域は前記第２領域とは反対側に光の入出射面を有してもよい。入出射面から入射される光を、高い変換効率で第１導波路から第２導波路に遷移させることができる。また、第２導波路を伝搬する光を高い変換効率で第１導波路に遷移させ、入出射面から出射することができる。
（６）第１導波路、および第２導波路を順に形成する工程と、前記第２導波路をエッチングすることにより、前記第２導波路の断面形状を前記第１導波路から遠ざかるほど細くなるテーパ形状とする工程と、を含み、前記第２導波路の側面と前記第２導波路の底面との間の角度は６０°以下であるスポットサイズ変換器の製造方法である。これにより第１導波路と第２導波路との間における光の変換効率が向上する。
（７）前記第２導波路は、コア層と、前記コア層の上に設けられたクラッド層とを含み、前記クラッド層はエッチングストップ層を含み、前記第２導波路の断面形状をテーパ形状とする工程は、前記エッチングストップ層が露出するまで前記クラッド層をウェットエッチングすることにより、前記クラッド層にメサを形成する工程と、前記メサを有する前記クラッド層および前記コア層をドライエッチングする工程と、を含んでもよい。ドライエッチングによりクラッド層のメサ形状をコア層に転写することで、コア層の断面形状をテーパ形状とすることができる。
（８）前記クラッド層のメサは＜０－１１＞方向に延伸してもよい。ドライエッチングによりクラッド層のメサ形状をコア層に転写することで、コア層の断面形状をテーパ形状とすることができる。

【0011】

［本願発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係るスポットサイズ変換器およびその製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【実施例1】

【0012】

（スポットサイズ変換器）
図１（ａ）から図３（ｂ）は実施例１に係るスポットサイズ変換器１００を例示する断面図である。Ｘ軸方向は光の伝搬方向であり、Ｙ軸方向は幅方向であり、Ｚ軸方向は層の積層方向である。これらは互いに直交する。また、各図における点線は下段導波路３０および上段導波路３２を示す仮想の線である。図が猥雑になることを避けるため、断面図においてハッチングは省略する。

【0013】

図１（ａ）から図３（ｂ）に示すように、スポットサイズ変換器１００は、下段導波路３０（第１導波路）および上段導波路３２（第２導波路）を有する。下段導波路３０および上段導波路３２はＸ軸方向に延伸し、光学的に結合され、Ｚ軸方向に沿って積層されている。

【0014】

下段導波路３０は、コア層１２（第１コア層）を含む。上段導波路３２は、順に積層されたコア層１６（第２コア層）およびクラッド層２６（第２クラッド層）を含む。クラッド層２６は、コア層１６側から順に積層されたクラッド層２０、エッチングストップ層２２およびクラッド層２４を含む。クラッド層１４（第１クラッド層）はコア層１２とコア層１６との間に設けられ、下側の一部は下段導波路３０に含まれ、上側の一部は上段導波路３２に含まれる。コア層１６はクラッド層１４および２０に接触する。コア層１２は基板１０およびクラッド層１４に接触する。コア層１２とコア層１６とは光学的に結合され、これらの間で光が遷移する。

【0015】

図１（ａ）に示すように、スポットサイズ変換器１００は、Ｘ軸方向に沿って遷移領域３６（第１領域）および接続部３８（第２領域）を有する。遷移領域３６の長さＬ１は例えば８００μｍであり、接続部３８の長さＬ２は例えば１００μｍである。

【0016】

図１（ｂ）から図３（ｂ）は、図１（ａ）の線Ａ１～Ａ７に沿った断面を図示する。図１（ｃ）および図２（ａ）に示すように、コア層１２の上側の一部はメサを有する。図２（ｂ）から図３（ｂ）に示すように遷移領域３６では、基板１０の上側の一部、コア層１２はメサを形成する。図２（ｂ）では、基板１０からコア層１２にわたる側面がＺ軸方向に対して内側に傾斜する。図２（ｃ）から図３（ｂ）では下段導波路３０の側面はＺ軸方向に延伸する。

【0017】

図１（ａ）および図１（ｃ）に示すように、線Ａ２の部分では、クラッド層２６のうちクラッド層２４が除去され、開口部２５が形成され、エッチングストップ層２２が露出する。図２（ａ）から図３（ａ）において、クラッド層２４の上側の一部は除去されており、クラッド層２４が図１（ｂ）よりも薄い。

【0018】

図１（ｂ）から図３（ｂ）に示すように、上段導波路３２はメサを有する。図１（ｂ）に示すように、上段導波路３２はＺ軸方向に延伸する矩形のメサを有する。メサの幅Ｗ１は例えば１．５μｍであり、高さＨ１は例えば２．８μｍである。

【0019】

図２（ｂ）から図３（ｂ）に示すように、遷移領域３６における上段導波路３２のＹＺ平面内の断面形状は、コア層１２から遠ざかるほど細くなるテーパ形状（台形または三角形）である。つまりクラッド層１４の上側の一部、コア層１６およびクラッド層２６の断面形状が先細りのテーパ形状である。図２（ｂ）および図２（ｃ）において、上段導波路３２は台形の断面形状を有し、コア層１６からクラッド層２６にわたる側面が内側に傾斜する。

【0020】

図３（ａ）および図３（ｂ）において、上段導波路３２は三角形の断面形状を有する。つまりクラッド層１４、コア層１６およびクラッド層２６が三角形をなす。図３（ａ）ではクラッド層２４が三角形の頂点を形成する。図３（ｂ）ではクラッド層２０、２４およびエッチングストップ層２２が除去され、コア層１６が露出し、三角形の頂点を形成する。上段導波路３２が形成する三角形の低角θは例えば５４°などであり、６０°以下である。なお、三角形は二等辺三角形である。上段導波路３２の側面は、直線状の斜面でもよいし、上に凸または下に凸の曲面でもよい。底角θとは、頂点と底面の端部とを結ぶ線が、底面となす角度である。図３（ｂ）に示す下段導波路３０のメサ部分の幅Ｗ２は例えば３．５μｍである。上段導波路３２のコア層１６の幅Ｗ３はＷ２より小さく、例えば０．８μｍである。クラッド層１４の表面を基準とするコア層１６の底面までの高さＨ２は例えば０．１μｍである。

【0021】

接続部３８側から遷移領域３６側にかけて（図１（ｃ）から図３（ｂ）にかけて）、上段導波路３２の幅は小さくなる。遷移領域３６側から接続部３８側にかけて（図３（ｂ）から図１（ｃ）にかけて）、下段導波路３０のうち上段導波路３２に近い側の幅は小さくなる。

【0022】

基板１０は例えば鉄（Ｆｅ）がドープされたインジウムリン（ＩｎＰ）で形成された化合物半導体基板、およびノンドープのＩｎＰで形成されたクラッド層を含む。基板１０の厚さは例えば６００μｍである。コア層１２は、例えば交互に積層された複数のＩｎＰ層およびインジウムガリウム砒素リン（ＩｎＧａＡｓＰ）層を含む。屈折率の低いＩｎＰ層と屈折率の高いＩｎＧａＡｓＰ層とを積層することで、コア層１２の屈折率を調整する。コア層１２の屈折率は、積層するＩｎＧａＡｓＰ層の膜厚および屈折率、ならびにＩｎＰ層の膜厚によって決まる平均の屈折率である。ＩｎＧａＡｓＰ層の屈折率は、組成（バンドギャップ波長）によって調整する。ＩｎＧａＡｓＰ層の膜厚は例えば５０～２００ｎｍである。コア層１２に含まれるＩｎＰ層の膜厚は例えば１００～８００ｎｍである。積層数は例えば６～１０である。

【0023】

クラッド層１４は例えばシリコン（Ｓｉ）がドープされたｎ型のＩｎＰなどで形成されており、厚さは５００ｎｍである。コア層１６は例えばＡｌＩｎＡｓ層およびＡｌＧａＩｎＡｓ層を積層した多重量子井戸（ＭＱＷ：Multiple Quantum Well）構造を有し、不図示の変調器のコア層としても機能する。コア層１６の厚さは例えば５００ｎｍである。コア層１６の屈折率はＩｎＧａＡｓＰ層の屈折率よりも高い。クラッド層２０は例えばノンドープのＩｎＰで形成されており、厚さは２００ｎｍである。エッチングストップ層２２は例えば亜鉛（Ｚｎ）がドープされたＩｎＧａＡｓＰで形成され、厚さは１０～２０ｎｍである。クラッド層２４は例えばＺｎがドープされたｐ型のＩｎＰで形成されており、厚さは１０００ｎｍである。上段導波路３２の上に絶縁膜および樹脂などを設けてもよく、上段導波路３２は空気に露出しない。

【0024】

接続部３８は例えば不図示の変調器に接続される部分である。遷移領域３６の＋Ｘ側の端面３１は、光が入射または出射される入出射面である。光の波長は例えば１．５５μｍである。端面３１から入射される光は、下段導波路３０を伝搬し、遷移領域３６において下段導波路３０のコア層１２から上段導波路３２のコア層１６へと遷移し、コア層１６を伝搬し、変調器に入射する。不図示の変調器は図１（ａ）において接続部３８の－Ｘ側に接続される。接続部３８から遷移領域３６に向けて伝搬する光は、上段導波路３２のコア層１６から下段導波路３０のコア層１２へと遷移し、端面３１から出射される。

【0025】

クラッド層１４および２６の屈折率はコア層１２および１６の屈折率よりも低い。このためコア層１２および１６に光を閉じ込めることができる。コア層１２の屈折率は、コア層１６の屈折率よりも低い。コア層間で光を遷移させるために、屈折率を調整する。例えば遷移領域３６では下段導波路３０の有効屈折率と上段導波路３２の有効屈折率とを同程度とする。上段導波路３２の有効屈折率を低下させるには、上段導波路３２を下段導波路３０よりも細くすればよい。しかし、コア層１６とともにクラッド層１４も細くすると、クラッド層１４の有効屈折率も低下する。これにより、コア層間の光の変換効率が低下する恐れがある。また、上段導波路３２を細くすることで強度が低下し、破損する恐れがある。

【0026】

実施例１では、上段導波路３２の断面形状は上に先細りのテーパ形状であり、例えば矩形の場合に比べてクラッド層１４が広い底面を有する。したがってクラッド層１４の有効屈折率が高くなり、コア層間の変換効率が向上する。また、矩形の場合に比べて強度も高くなる。

【0027】

図４は変換効率の計算結果を示す図である。横軸は端面３１におけるコア層１６の底辺の幅を表す。端面３１の構造は、図１（ａ）の線Ａ７に沿った断面の構造と同じである。縦軸は下段導波路３０に入射された光が上段導波路３２に移る際のコア層間の光の変換効率を表す。破線は上段導波路３２の底角θが９０°の例であり、上段導波路３２は矩形である。点線および実線では上段導波路３２がテーパ形状を有し、点線は底角θが６０°の例であり、実線は底角θが５４°の例である。遷移領域３６の長さＬ１は８００μｍであり、下段導波路３０の幅は３．５μｍである。遷移領域３６内において上段導波路３２の底辺の幅は、端面３１から離れるにつれて片側（＋Ｙ側、－Ｙ側それぞれ）で０．３２μｍ大きくなる。

【0028】

θが９０°の例では、幅が０．５～０．７μｍ付近において変換効率は４０％程度であるが、幅が０．８μｍ以上になると変換効率が急激に低下する。θが６０°の例および５４°の例では幅が０．８μｍ以上の範囲で６０％程度の高い変換効率を示す。すなわち、上段導波路３２をテーパ形状とし、底辺の幅を大きくすることでクラッド層１４の有効屈折率が高くなり、変換効率が向上する。

【0029】

（製造方法）
図５（ａ）、図６（ａ）から図１１（ａ）はスポットサイズ変換器１００の製造方法を例示する断面図である。図５（ｂ）、図５（ｃ）、図１１（ｂ）および図１１（ｃ）はスポットサイズ変換器１００の製造方法を例示する平面図である。

【0030】

図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Metal Oxide Chemical Vapor Deposition）などにより、基板１０の上にコア層１２、クラッド層１４、コア層１６、クラッド層２０、エッチングストップ層２２、クラッド層２４を順にエピタキシャル成長する。さらに不図示のコンタクト層を成長し、スポットサイズ変換器になる部分からはコンタクト層を除去し、変調器になる部分に残存させる。

【0031】

図５（ｃ）に示すように、クラッド層２４をエッチングする。例えば厚さ４００ｎｍのＳｉＮ膜である絶縁膜をクラッド層２４の上に形成し、フォトリソグラフィによりレジストパターンを形成する。四フッ化炭素（ＣＦ_４）などを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）を行い、絶縁膜にパターンを転写する。Ｏ_２アッシングによりレジストを除去する。塩酸などを用いてクラッド層２４をウェットエッチングする。ウェットエッチングはエッチングストップ層２２で停止する。バッファードフッ酸（ＢＨＦ）などを用いて絶縁膜は剥離する。図５（ｃ）に示すように、クラッド層２４は＋Ｘ側から－Ｘ側にかけて幅広のテーパ形状となる。なお、Ｙ軸方向から見た図は図５（ａ）と同じである。

【0032】

図５（ａ）の線Ｂ１～Ｂ７は図１（ａ）の線Ａ１～Ａ７と同じ場所に位置する。図６（ａ）はウェットエッチング後における線Ｂ１～Ｂ３に沿った断面、図６（ｂ）は線Ｂ４に沿った断面、図７（ａ）は線Ｂ５に沿った断面、図７（ｂ）は線Ｂ６に沿った断面、図８は線Ｂ７に沿った断面をそれぞれ図示する。図６（ｂ）から図８に示すように、ウェットエッチングにより上段導波路３２の断面形状はテーパ形状となり、上段導波路３２のメサは＜０－１１＞方向に延びる。図６（ｂ）から図７（ｂ）に示すように断面形状は台形、または図８に示すように三角形である。

【0033】

図９（ａ）に示すように、ウェットエッチングの後、クラッド層２４、エッチングストップ層２２、クラッド層２０、コア層１６およびクラッド層１４をドライエッチングすることで、クラッド層２４のテーパ形状をこれらの層に転写する。具体的には、例えば厚さ４００ｎｍのＳｉＮ膜である絶縁膜をクラッド層２４の上に形成し、フォトリソグラフィによりレジストパターンを形成する。ＣＦ_４などを用いたＲＩＥを行い、絶縁膜にレジストパターンを転写する。Ｏ_２アッシングによりレジストを除去する。ヨウ化水素（ＨＩ）および四塩化珪素（ＳｉＣｌ_４）を含むガスを用いたドライエッチングを行う。

【0034】

図９（ａ）の線Ｃ１～Ｃ７は図１（ａ）の線Ａ１～Ａ７と同じ場所に位置する。線Ｃ１およびＣ２に沿った断面は図６（ａ）と同じである。図９（ｂ）は線Ｃ３に沿った断面、図９（ｃ）は線Ｃ４に沿った断面、図１０（ａ）は線Ｃ５に沿った断面、図１０（ｂ）は線Ｃ６に沿った断面、図１０（ｃ）は線Ｃ７に沿った断面をそれぞれ図示する。図９（ｂ）から図１０（ｂ）においてクラッド層２４はドライエッチングにより薄くなり、図１０（ｃ）においてクラッド層２４は除去される。

【0035】

図９（ｃ）から図１０（ｃ）に示すように、クラッド層１４、コア層１６およびクラッド層２６の断面形状がテーパ形状となる。図９（ｃ）および図１０（ａ）において、断面形状は台形である。図１０（ｂ）および図１０（ｃ）において断面形状は三角形である。これらの層の幅（メサの幅）は図９（ｃ）から図１０（ｃ）にかけて（－Ｘ側から＋Ｘ側にかけて）小さくなる。

【0036】

図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、ウェットエッチングにより、クラッド層２４の一部を除去し、開口部２５を形成する。具体的には、例えば厚さ４００ｎｍのＳｉＮ膜である絶縁膜を上段導波路３２の上などに形成し、フォトリソグラフィによりレジストパターンを形成する。ＣＦ_４などを用いたＲＩＥを行い、絶縁膜にレジストパターンを転写する。Ｏ_２アッシングによりレジストを除去する。例えば塩酸を含むエッチャントでクラッド層２４をウェットエッチングする。図１１（ｂ）に示すようにＸＹ平面内での開口部２５の形状は例えば平行四辺形である。図１１（ａ）に示すように壁面はＺ軸から傾斜し、開口部２５からはエッチングストップ層２２が露出する。

【0037】

図１１（ｃ）に示すように、下段導波路３０をドライエッチングすることで、破線で示すように下段導波路３０を＋Ｘ側から－Ｘ側にかけて先細りのテーパ形状とする。具体的には、フォトリソグラフィによりレジストパターンを形成した後、絶縁膜にＲＩＥを行い、ＨＩおよびＳｉＣｌ_４を含むガスなどを用いたドライエッチングを行う。これにより図１（ａ）から図３（ｂ）に示したように下段導波路３０にメサが形成される。その後、例えば不図示の絶縁膜の形成、チップへの個片化などを行い、スポットサイズ変換器１００を形成する。

【0038】

実施例１によれば、上段導波路３２の断面形状は、Ｚ軸方向において下段導波路３０から遠ざかるほど細くなるテーパ形状である。図３（ａ）および図３（ｂ）に示す底角θは６０°以下であり、例えば５４°である。これによりコア層１６の屈折率を調整し、コア層１２とコア層１６との間における光の変換効率を向上させることができる。

【0039】

コア層１２とコア層１６との間に設けられたクラッド層１４は、コア層１６と同様にテーパ形状を有する。矩形に比べて、テーパ形状のクラッド層１４の底辺が大きくなるため、有効屈折率が高くなり、コア層間における光の変換効率が向上する。有効屈折率をより高めるために、底角θは６０°以下とする。

【0040】

コア層１６の断面形状が三角形または台形であることにより、例えば矩形の場合に比べて強度が向上し、破損が抑制される。特に底角θが６０°以下であることにより底面が広くなり、強度が向上する。

【0041】

上段導波路３２はコア層１６と、コア層１６上のクラッド層２６とを含む。図１（ａ）、図２（ｂ）から図３（ａ）に示すように、遷移領域３６におけるクラッド層２６は、接続部３８よりも薄い。また、図３（ｂ）に示すように、クラッド層２６が除去される部分もある。このため遷移領域３６におけるクラッド層２６の有効屈折率は接続部３８よりも低くなる。したがってコア層間の変換効率が向上する。クラッド層２６を薄くすることで有効屈折率を下げることができるため、上段導波路３２を極端に細くしなくてよく、例えば図１（ｂ）に示す幅Ｗ１は１．５μｍであり、図３（ｂ）に示す幅Ｗ３は０．８μｍである。このため上段導波路３２の強度が向上し、破損が抑制される。

【0042】

図１１（ｃ）に示すように、下段導波路３０は遷移領域３６側から接続部３８にかけて幅が小さくなるテーパ形状を有し、上段導波路３２は接続部３８側から遷移領域３６側にかけて幅が小さくなるテーパ形状を有する。これにより下段導波路３０および上段導波路３２の有効屈折率を調整し、遷移領域３６において導波路間の光の変換効率を向上させる。例えば、遷移領域３６において上段導波路３２の有効屈折率が低下し、光が下段導波路３０に遷移しやすくなる。また、下段導波路３０がテーパ形状を有することにより、接続部３８に近づくにつれて下段導波路３０を伝搬する光がカットオフとなる。

【0043】

端面３１は光の入出射面であり、光は遷移領域３６において下段導波路３０から上段導波路３２に遷移する。接続部３８は例えば変調器に接続される。端面３１から入射される光を高い変換効率で下段導波路３０から上段導波路３２に遷移させ、変調器などに入射することができる。変調器から出射される光を、高い変換効率で上段導波路３２から下段導波路３０に遷移させ、端面３１から出射することができる。

【0044】

図６（ｂ）から図８に示すように、エッチングストップ層２２でウェットエッチングが停止するため、クラッド層２４にテーパ型のメサが形成される。さらにドライエッチングにより、コア層１６およびクラッド層１４にクラッド層２４のテーパ形状を転写することができる。

【0045】

ウェットエッチング後のクラッド層２４のメサは＜０－１１＞方向に延びる。主面が（１００）面であるＩｎＰ基板上に設けたＩｎＰ層（クラッド層２４）を、塩酸と水の混合エッチャント（塩酸と水の混合比２：３）でウェットエッチングすると、結晶の方向によるエッチング選択性のため、メサの斜面は（１１１）面あるいはその等価な面になる。（１１１）面の角度は、約５５°である。別の角度を得る例として、塩酸とリン酸（混合比１：５）の混合液でエッチングすると、メサの斜面には（２１１）面あるいはその等価な面が出る。メサの側壁の斜面の角度は約３５°になる。クラッド層２６、コア層１６およびクラッド層１４のドライエッチングにより、図９（ｃ）から図１０（ｃ）のように上段導波路３２の断面形状をテーパ形状とすることができる。

【実施例2】

【0046】

実施例２では遷移領域３６における上段導波路３２の形状が実施例１と異なる。図１２は実施例２に係るスポットサイズ変換器を例示する断面図であり、図１（ａ）の線Ａ７に対応する断面を図示している。コア層１６の断面形状は三角形であり、クラッド層１４は矩形であり、コア層１２の表面を覆う。厚さＴ１のコア層１６がクラッド層１４の表面に残存する。厚さＴ１は例えば０．１μｍであり、クラッド層１４の幅（三角形の底辺）Ｗ４は例えば０．８μｍである。他の構成は実施例１と同じである。実施例２によれば、クラッド層１４の幅が大きく、かつコア層１６の断面形状が三角形であることにより、上段導波路３２の有効屈折率を高くし、変換効率を高めることができる。

【0047】

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0048】

１０ 基板
１４、２０、２４、２６ クラッド層
１２、１６ コア層
２２ エッチングストップ層
２５ 開口部
３１ 端面
３０ 下段導波路
３２ 上段導波路
３６ 遷移領域
３８ 接続部
１００ スポットサイズ変換器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】