(57)【要約】【課題】回折格子の深さを大きくすることで、回折格子の結合係数（κ）を大きくすることができるが、この場合光が散乱し損失が発生する。【解決手段】光導波路であって、回折格子が設けられた第１光導波路と、回折格子が設けられていない第２光導波路とを複数含む光導波路であって、前記第１光導波路と前記第２光導波路は伝播方向にそって交互に繰り返し光学的に結合され、前記第１光導波路の有効屈折率は、前記第２光導波路の有効屈折率よりも小さいことを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回折格子が設けられた第１光導波路と、回折格子が設けられていない第２光導波路とを複数含む光導波路であって、
前記第１光導波路と前記第２光導波路は伝播方向にそって交互に繰り返し光学的に結合され、
前記第１光導波路の有効屈折率は、前記第２光導波路の有効屈折率よりも小さいことを特徴とする光導波路。
【請求項２】
請求項１に記載の光導波路であって、
前記光導波路は、
第１クラッド層と、
前記第１クラッド層上に設けられた導波路層と、
前記導波路層上に設けられた第２クラッド層と、を含み、
前記導波路層は、前記第１光導波路及び前記第２光導波路を形成し、
前記回折格子は、前記導波路層に設けられることを特徴とする光導波路。
【請求項３】
請求項２に記載の光導波路であって、
前記回折格子は、前記第１光導波路の上部に設けられることを特徴とする光導波路。
【請求項４】
請求項３に記載の光導波路であって、
前記回折格子は、前記第１光導波路の上部に周期的に形成された複数の凹部として設けられることを特徴とする光導波路。
【請求項５】
請求項４に記載の光導波路であって、
前記複数の凹部の前記第１光導波路の上面からの深さは、７０ｎｍ以下であることを特徴とする光導波路。
【請求項６】
請求項５に記載の光導波路であって、
デューティを、前記各凹部の幅を前記回折格子の周期で除算した値とし、かつ、前記各凹部の幅を前記深さの半分の値として定義した場合、前記回折格子のデューティは、０．６以上０．７５以下であることを特徴とする光導波路。
【請求項７】
請求項２に記載の光導波路であって、
前記第２クラッド層の屈折率は、前記導波路層の屈折率よりも小さいことを特徴とする光導波路。
【請求項８】
前記請求項１乃至７のいずれかに記載の光導波路を含む波長可変レーザ。
【請求項９】
前記請求項８に記載の波長可変レーザを含む光モジュール。
【請求項１０】
第１クラッド層上に導波路層を積層し、
前記導波路層上に、回折格子を形成するためのマスクパターンを形成し、
前記マスクパターンを用いて、前記導波路層をエッチングし、
前記マスクパターンを除去し、
前記導波路層上に、第２クラッド層を積層することを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０の光導波路の製造方法において、
前記マスクパターンの形成は、
前記導波路層上にニ酸化ケイ素膜を形成し、
前記ニ酸化ケイ素膜上にレジストを形成し、
前記レジストを現像しレジストパターンを形成し、
前記レジストパターンを用いて、前記ニ酸化ケイ素膜をエッチングする、
ことを含むことを特徴とする光導波路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路、光導波路を含むレーザ、光導波路を含むモジュール、光導波路の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバの光源として、いわゆる抽出回折格子分布ブラッグ反射型(SG-DBR:Sampled
Grating Distributed Bragg Reflector)波長可変レーザが知られている。当該波長可変型レーザは、回折格子を含む回折格子部と回折格子を含まない非回折格子部を周期的に複数含む（下記特許文献１及び２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２９４９１４号公報
【特許文献２】特開２０１０−２５８２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記波長可変レーザの回折格子部において回折格子は、光導波路が形成される導波路層に積層されたクラッド層に設けられる。なお、上記のように回折格子がクラッド層に設けられる構成をフローティング型と称する。ここで、回折格子の深さを大きくすることで、回折格子の結合係数（κ）を大きくすることができるが、この場合光が散乱し損失が発生するという問題がある。そこで、本発明は、上記課題に鑑みて、回折格子を深くすることなく、結合係数を大きくし、より特性に優れた光導波路、光導波路を含むレーザを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）本発明の光導波路は、回折格子が設けられた第１光導波路と、回折格子が設けられていない第２光導波路とを複数含む光導波路であって、前記第１光導波路と前記第２光導波路は伝播方向にそって交互に繰り返し光学的に結合され、前記第１光導波路の有効屈折率は、前記第２光導波路の有効屈折率よりも小さいことを特徴とする。
【０００６】
（２）上記（１）に記載の光導波路は、第１クラッド層と、前記第１クラッド層上に設けられた導波路層と、前記導波路層上に設けられた第２クラッド層と、を含み、前記導波路層は、前記第１光導波路及び前記第２光導波路を形成し、前記回折格子は、前記導波路層に設けられることを特徴とする。
【０００７】
（３）上記（２）に記載の光導波路において、前記回折格子は、前記第１光導波路の上部に設けられることを特徴とする。
【０００８】
（４）上記（３）に記載の光導波路において、前記回折格子は、前記第１光導波路の上部に周期的に形成された複数の凹部として設けられることを特徴とする。
【０００９】
（５）上記（４）に記載の光導波路において、前記複数の凹部の前記第１光導波路の上面からの深さは、７０ｎｍ以下であることを特徴とする光導波路。
【００１０】
（６）上記（５）に記載の光導波路において、デューティを、前記各凹部の幅を前記回折格子の周期で除算した値とし、かつ、前記各凹部の幅を前記深さの半分の値として定義した場合、前記回折格子のデューティは、０．６以上０．７５以下であることを特徴とする。
【００１１】
（７）上記（２）に記載の光導波路において、前記第２クラッド層の屈折率は、前記導波路層の屈折率よりも小さいことを特徴とする。
【００１２】
（８）本発明の波長可変レーザは、上記（１）乃至（７）のいずれかに記載の光導波路を波長可変レーザであることを特徴とする。
【００１３】
（９）本発明の光モジュールは、上記（８）に記載の波長可変レーザを含むことを特徴とする。
【００１４】
（１０）本発明の光導波路の製造方法は、第１クラッド層上に導波路層を積層し、前記導波路層上に、回折格子を形成するためのマスクパターンを形成し、前記マスクパターンを用いて、前記導波路層をエッチングし、前記マスクパターンを除去し、前記導波路層上に、第２クラッド層を積層することを特徴とする。
【００１５】
（１１）上記（１０）に記載の光導波路の製造方法において、前記マスクパターンの形成は、前記導波路層上にニ酸化ケイ素膜を形成し、前記ニ酸化ケイ素膜上にレジストを形成し、前記レジストを現像しレジストパターンを形成し、前記レジストパターンを用いて、前記ニ酸化ケイ素膜をエッチングする、ことを含むことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態における光モジュールの全体構成について説明するための図である。
【図２Ａ】図１に示した波長可変レーザについて説明するための図である。
【図２Ｂ】図１に示した波長可変レーザについて説明するための図である。
【図３】第１及び第２光導波路部の構成について説明するための図である。
【図４Ａ】図３に示した光導波路を製造する方法について説明するための図である。
【図４Ｂ】図３に示した光導波路を製造する方法について説明するための図である。
【図４Ｃ】図３に示した光導波路を製造する方法について説明するための図である。
【図４Ｄ】図３に示した光導波路を製造する方法について説明するための図である。
【図４Ｅ】図３に示した光導波路を製造する方法について説明するための図である。
【図４Ｆ】図３に示した光導波路を製造する方法について説明するための図である。
【図５Ａ】回折格子のデューティについて説明するための図である。
【図５Ｂ】回折格子のデューティについて説明するための図である。
【図６】デューティと結合係数との相関についてのシミュレーション結果を示す図である。
【図７】回折格子の深さと結合係数の相関についてのシミュレーション結果を示す。
【図８】回折格子の深さと結合係数の相関についてのシミュレーション結果を示す。
【図９】回折格子の深さと結合係数の相関についてのシミュレーション結果を示す。
【図１０】回折格子の深さと結合係数の相関についてのシミュレーション結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、図面については、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１８】
[第１の実施形態]
図１は、本発明の実施の形態における光モジュールの全体構成について説明するための図である。図１に示すように、光モジュール１００は、パッケージ１０１内に、波長可変レーザ１０２、ハーフミラー１０３、波長ロッカ１０４、キャリア１０５、ペルチェ１０６、サーミスタ１０７、複数の集光レンズ１０８、光アイソレータ１０９を有する。
【００１９】
キャリア１０５には、終端抵抗（図示なし）が付加されるとともに、変調器１１０が搭載される。なお、パッケージ１０１は、金属素材をボックス型に加工したものであって、例えば、熱伝導率が高いＣｕＷ合金の底板、ＦｅＮｉ合金からなるフレーム、電気信号をパッケージ１０１内部に伝達するために配線パターンを形成したセラミックフィードスルー、リード端子、キャップをシーム溶接するためのシームリング、光を取り出す窓を気密封止するためのサファイヤガラス、レンズホルダや光ファイバを溶接固定するためのパイプ部材等により構成される。
【００２０】
波長可変レーザ１０２は、制御部（図示なし）から入力されるレーザ駆動信号に応じた波長の光を射出する。当該出射光は、ハーフミラー１０３を介して、波長ロッカ１０４及び変調器１１０に入射する。波長ロッカ１０４は、波長可変レーザ１０２から出力された光を測定し、測定された光の波長に応じて、波長可変レーザ１０２の波長を調整する。サーミスタ１０７は、変調器１１０の温度を検知し、当該検知した温度をモニタ温度信号として、制御部へ出力する。制御部は、当該モニタ温度信号に応じて、ペルチェ駆動電流信号をペルチェ１０６に出力する。これにより、変調器１１０の温度を一定に保つ。
【００２１】
変調器１１０には、ハーフミラー１０３を介して波長可変レーザ１０２から入力される光信号が入力される。変調器１１０は、当該光信号を、制御部から入力される変調駆動信号に応じて変調する。変調された光信号は、順に、集光レンズ１０８、光アイソレータ１０９、集光レンズ１０８を介して、出力側の光ファイバ１１１へ出力される。なお、図１に示した光モジュール１００の構成は、一例であって、本実施の形態における光モジュールは、これに限定されるものではない。
【００２２】
図２Ａ及び２Ｂは、図１に示した波長可変レーザについて説明するための図である。具体的には、図２Ａは、波長可変レーザの断面の概略を示し、図２Ｂは、波長可変レーザの上面の概略を示す図である。図２Ａ及び図２Ｂに示すように、波長可変レーザ１０２は、例えば、第１の光導波路部２１０、ゲイン部２２０、位相調整部２３０、第２の光導波路部２４０を含む。
【００２３】
図２Ａに示すように、第１光導波路部２１０及び第２光導波路部２４０は、図２Ａの下方から順に、Ｎ電極を形成するＮ電極層２０１、第１ＩｎＰクラッド層２０２、導波路層２０３、第２ＩｎＰクラッド層２０４、コンタクト層２０５を有する。
【００２４】
第１光導波路部２１０及び第２光導波路部２４０は、それぞれコンタクト層２０５の上面にＰ電極を形成するＰ電極層２０６、２０７を有する。ゲイン部２２０は、図２Ａ下方から順に、Ｎ電極層２０１、第１ＩｎＰクラッド層２０２、活性層２０８、第２ＩｎＰクラッド層２０４、コンタクト層２０５、Ｐ電極層２１１を有する。
【００２５】
位相調整部２３０は、図２Ａ下方から順に、Ｎ電極層２０１、第１ＩｎＰクラッド層２０２、コア層２０９、第２ＩｎＰクラッド層２０４、コンタクト層２０５、Ｐ電極層２１２を含む。また、図２Ｂに示すように、第１及び第２光導波路部２４０の導波路層２０３、ゲイン部２２０の活性層２０８、位相調整部２３０のコア層２０９は、波長可変レーザ１０２の長手方向の略中央に配置され、それぞれ光学的に結合し１の光の導波路２５０を形成する。第１光導波路部２１０及び第２光導波路部２４０の構成の詳細については後述する。なお、ゲイン部２２０や位相調整部２３０の構成の詳細は周知であることから説明を省略する。
【００２６】
図３は、本実施の形態における第１及び第２光導波路部の構成について説明するための図である。具体的には、図３は、第１及び第２光導波路部２１０、２４０における、第１クラッド層２０２、導波路層２０３、第２ＩｎＰクラッド層２０４で構成される積層構造を示す。以下、当該積層構造を、光導波路３００と称する。
【００２７】
図３に示すように、本実施の形態における光導波路３００は、回折格子を含む回折格子部３１０と、回折格子を含まない非回折格子部３２０を光の伝播方向（例えば、図３の水平方向）に沿って、交互に複数有する。なお、特許請求の範囲に記載の第１光導波路及び第２光導波路は、例えば、回折格子部３１０及び非回折格子部３２０に対応する。また、当該光導波路３００の具体的構成については、光導波路３００の製造方法とともに下記に説明する。
【００２８】
図４Ａ乃至図４Ｆは、図３に示した光導波路を製造する方法について説明するための図である。まず、図４Ａに示すように、例えば、ＩｎＰ基板（図示なし）上に、第１ＩｎＰクラッド層２０２、導波路層２０３を順次積層する。ここで、導波路層２０３は、例えば、ＩｎＧａＡｓＰで形成される。
【００２９】
次に、図４Ｂに示すように、当該導波路層２０３上にＳｉＯ２４０１を成膜する。そして、当該ＳｉＯ２４０１上にレジスト４０２を塗布し、例えば、電子ビーム描画（ＥＢ描画）により、回折格子を形成する部分のみを露光する。その後、レジスト４０２を現像し、レジストパターンを形成する。このようにして形成されたレジストパターンをマスクとして、ＳｉＯ２４０１をエッチングする。このときの様子を図４Ｂに示した。
【００３０】
次に、図４Ｃに示すように、レジスト４０２を除去する。そして、図４Ｄに示すように、ＳｉＯ２４０１をマスクとして、導波路層２０３をエッチングする。その後、図４Ｅに示すように、ＳｉＯ２４０１を除去する。最後に、図４Ｆに示すように、第２ＩｎＰクラッド層２０４を成長させる。このようにして、光導波路３００を形成することができる。
【００３１】
ここで、図４Ｆや図３に示すように、導波路層２０３の表面のエッチングされた部分に、第２ＩｎＰクラッド層２０４のＩｎＰが埋め込まれる。ＩｎＰの屈折率は、導波路層２０３の屈折率よりも小さいことから、回折格子部３１０の有効屈折率は、非回折格子部３２０の有効屈折率よりも小さくなる。上記のように回折格子を光密度の大きい導波路層２０３に形成することで、回折格子を深くすることなく、回折格子の結合係数（κ）をより大きくすることができる。以上のように、回折格子が形成される導波路層の上部に積層されるクラッド層の屈折率が、導波路層の屈折率より小さければ、上記のような本実施の形態における効果を奏することができる。
【００３２】
ここで、図４Ｄに示したように、ＳｉＯ２４０１をマスクとして、導波路層２０３をエッチングして回折格子を形成する場合、フローティング型の回折格子と比べて、回折格子の深さが一定せず、結果として各回折格子の結合係数にバラツキが生じ、結合係数の制御性が悪化する場合がある。これに対して、上記フローティング型の回折格子の場合、回折格子の深さは、回折格子を形成する際、最初に形成する回折格子層に基づいて決定されるため、結合係数のバラツキが生じにくい。
【００３３】
具体的には、フローティング型の回折格子は、例えば、次のようにして形成される。まず、ＩｎＰ基板上に、導波路層、第１クラッド層、回折格子層を順次積層し、マスクとなるＳｉＯ２を成膜する。なお、下記製造過程においては、当該回折格子層の厚さが保持されて、回折格子がクラッド層に形成される。具体的には、次に、当該ＳｉＯ２上にレジストを塗布し、例えば、電子ビーム描画（ＥＢ描画）により、レジストを所定間隔毎に露光する。その後、その後、レジストを現像し、レジストパターンを形成する。このようにして形成されたレジストパターンをマスクとして、ＳｉＯ２４０１をエッチングする。これにより、回折格子層上に、所定間隔毎にＳｉＯ２が形成される。次に、回折格子を形成する部分にレジストパターンを形成し、エッチングすることにより、回折格子を形成する部分以外のＳｉＯ２を除去する。次に、レジストを取り除き、ＳｉＯ２をマスクとして、回折格子層をエッチングする。そして、ＳｉＯ２を取り除いた後、第２クラッド層を形成する。上記のようにして、フローティング型の回折格子が光導波路のクラッド層に形成される。上記のように、上記フローティング型の回折格子の製造方法によれば、最初に積層した回折格子層の厚さが保持されて回折格子を形成することから、回折格子の深さにバラツキが生じにくい。
【００３４】
そこで、本実施の形態においても、回折格子の結合係数のバラツキを抑制するため、後述するように、例えば、回折格子のデューティを０．６以上０．７５以下とすることが望ましい。また、回折格子の深さについては、７０ｎｍ以下とすることが望ましい。ここで、デューティとは、図５Ｂに示すように、回折格子を形成する光導波路３００部の表面における凹部の幅（エッチングした部分の幅）をｂとし、凹部が形成される周期（回折格子の周期）をａとした場合において、ｂ／ａで定義する。また、ここで、エッチングした部分の幅ｂは、エッチングした部分の深さの１／２に相当する。なお、図５Ａ及び図５Ｂは、回折格子のデューティについて説明するための図である。例えば、図５Ａは、上記のように回折格子のデューティや深さを適切に調整した場合における波長可変レーザ１０２の断面のうち、光導波路３００の断面を示す図である。また、図５Ｂは、図５Ａに示した光導波路３００の回折格子を拡大した図である。
【００３５】
上記のように、回折格子のデューティや回折格子の深さを適切に調整することにより、回折格子の結合係数のバラツキを抑制し、結合係数の制御性の悪化を防止することができる。以下、具体的に説明する。
【００３６】
図６は、デューティと結合係数との相関についてのシミュレーション結果を示す図である。図６に示すように、デューティ(duty)が０．５より小さい範囲においては、デューティを小さくすると結合係数（κ（相対値））が減少する。逆に、デューティが０．５より大きい範囲においては、デューティが大きくなると結合係数が減少する。これは、サイドエッチの影響によるものである。ここで、サイドエッチとは、エッチングにより回折格子を形成する過程（例えば、図４Ｄ参照）において、回折格子の凹部を形成する際に各層の積層方向（深さ方向）に水平な方向へのエッチングに相当する。
【００３７】
ここで、前述のように一般に回折格子の深さを増すと結合係数は増加することから、デューティが０．５より大きい範囲においては、深さ方向のエッチングによる結合係数の増加と、上記サイドエッチによる結合係数の減少により、結合係数の増加と減少が打ち消し合う。したがって、デューティや深さを所定の範囲となるように適切に調整することにより、深さにバラツキがある場合であっても結合係数のバラツキを抑制することができる。具体的には、図７乃至図１０を用いて下記に説明する。
【００３８】
図７乃至図１０は、回折格子の深さと結合係数（相対値）の相関についてのシミュレーション結果を示す。具体的には、図７は、回折格子の周期ａを２４０ｎｍ、デューティが０．４、深さが６０ｎｍの場合の相関を示す。図８は、回折格子の周期ａを２４０ｎｍ、デューティが０．５、深さが６０ｎｍの場合の相関を示す。図９は、回折格子の周期ａを２４０ｎｍ、デューティが０．６７、深さが６０ｎｍの場合の相関を示す。図１０は、回折格子の周期ａを２４０ｎｍ、デューティが０．７５、深さが６０ｎｍの場合の相関を示す。なお、当該シミュレーションにおいて、回折格子の深さ方向、当該深さ方向に水平な方向（片側）へのエッチングレートは同じとした。
【００３９】
ここで、図７に示すように、デューティが０．４の場合には、深さに応じて結合係数が大きく変動する。また、図８に示すように、デューティを０．５とすると、深さの値が大きくなると、図７に示した場合と同様に結合係数は増加するが、図７に示した場合と比べて、深さの変化に対する結合係数の変動の幅は小さくなる。そして、図９に示すようにデューティが０．６７の場合には、深さが変化しても、結合係数はほとんど変動しない。次に、図９と図１０からわかるように、デューティを０．６７より大きくすると、上記のようにサイドエッチによる結合係数の減少の影響が大きくなり、深さの値が大きくなると、結合係数の値は小さくなる。以上より、回折格子のデューティを０．６以上０．７５以下とすることが望ましい。また、深さについては、７０ｎｍ以下とすることが望ましい。
【００４０】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、上記実施の形態で示した構成と実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えてもよい。具体的には、例えば、上記においては、変調器と波長可変レーザ１０２を別個に設けたが波長可変レーザ１０２と変調器１１０とを集積し一体として形成してもよい。また、上記に示した各層の材料は、一例であって、これに限定されない。
【符号の説明】
【００４１】
１００  光モジュール、１０１  パッケージ、１０２  波長可変レーザ、１０３  ハーフミラー、１０４  波長ロッカ、１０５  キャリア、１０６  ペルチェ、１０７  サーミスタ、１０８  複数の集光レンズ、１０９  光アイソレータ、２０１  Ｎ電極層、２０２  第１ＩｎＰクラッド層、２０３  導波路層、２０４  第２ＩｎＰクラッド層、２０５  コンタクト層、２０６、２０７、２１１、２１２  Ｐ電極層、２０８  活性層、２０９  コア層、２１０  第１の光導波路部、２２０  ゲイン部、２３０  位相調整部、２４０  第２の光導波路部、３００  光導波路、３１０  回折格子部、３２０  非回折格子部、４０１  ＳｉＯ２、４０２  レジスト。
【図１】
2013160873.tif 000003
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
2013160873.tif 000007
【図４Ｂ】
2013160873.tif 000008
【図４Ｃ】
2013160873.tif 000009
【図４Ｄ】
2013160873.tif 000010
【図４Ｅ】
2013160873.tif 000011
【図４Ｆ】
2013160873.tif 000012
【図５Ａ】
2013160873.tif 000013
【図５Ｂ】
2013160873.tif 000014
【図６】
2013160873.tif 000015
【図７】
2013160873.tif 000016
【図８】
2013160873.tif 000017
【図９】
2013160873.tif 000018
【図１０】
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