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公開番号2025102520
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-08
出願番号2023220023
出願日2023-12-26
発明の名称光回路、及び光回路の製造方法
出願人日亜化学工業株式会社
代理人個人,個人
主分類G02B 6/12 20060101AFI20250701BHJP(光学)
要約【課題】異種材料の光導波路同士を高効率に結合した光回路とその製造方法を提供する。
【解決手段】光回路は、基板と、前記基板に配置される第1光導波路と、前記基板に配置され前記第1光導波路と光結合する第2光導波路と、を備え、前記第1光導波路は、第1クラッドと、第2クラッドと、前記第1クラッドと前記第2クラッドの間に配置される第1コアと、を有し、前記第2光導波路は、第3クラッドと、第4クラッドと、前記第3クラッドと前記第4クラッドの間に配置される第2コアと、を有する。前記第1クラッドは前記第2クラッドよりも前記基板の近くに配置され、前記第3クラッドは前記第4クラッドよりも前記基板の近くに配置され、前記第1クラッドの材料と前記第3クラッドの材料は異なる。
【選択図】図2B
特許請求の範囲【請求項１】
基板と、
前記基板に配置される第１光導波路と、
前記基板に配置され前記第１光導波路と光結合する第２光導波路と、
を備え、
前記第１光導波路は、第１クラッドと、第２クラッドと、前記第１クラッドと前記第２クラッドの間に配置される第１コアと、を有し、
前記第２光導波路は、第３クラッドと、第４クラッドと、前記第３クラッドと前記第４クラッドの間に配置される第２コアと、を有し、
前記第１クラッドは前記第２クラッドよりも前記基板の近くに配置され、
前記第３クラッドは前記第４クラッドよりも前記基板の近くに配置され、
前記第１クラッドの材料と前記第３クラッドの材料は異なる、
光回路。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記第１光導波路は、前記第２光導波路の側の端部に第１直線導波路を含み、
前記第２光導波路は、前記第１光導波路の側の端部に第２直線導波路を含む、
請求項１に記載の光回路。
【請求項３】
前記第１光導波路の第１光軸と直交する断面での前記第１光導波路の積層方向と垂直な方向の前記第１コアの幅と、前記第２光導波路の第２光軸と直交する断面での前記第２光導波路の積層方向と垂直な方向の前記第２コアの幅との差は３μｍ以下である、
請求項１に記載の光回路。
【請求項４】
前記第２光導波路は、少なくとも前記第２コアの一部がアモルファス材料を含む、
請求項１に記載の光回路。
【請求項５】
前記第１コアは活性層を含み、
前記第１クラッドはｎ側窒化物半導体を含み、
前記第２クラッドはｐ側窒化物半導体または透光性導電膜を含み、
前記第２コアは酸化物または窒化物を含み、
前記第３クラッドと前記第４クラッドは酸化物またはフッ化物である、
請求項１に記載の光回路。
【請求項６】
前記基板の上で前記第１光導波路と前記第２光導波路の間に配置される第３光導波路、
をさらに有し、
前記第３光導波路は、第５クラッドと、第６クラッドと、前記第５クラッドと前記第６クラッドの間に配置される第３コアと、を有し、
前記第３光導波路は、アモルファス材料を含み、前記第３光導波路の一方の端部は前記第１コアと光結合し、前記第３光導波路の他方の端部は前記第２コアと光結合する、
請求項１に記載の光回路。
【請求項７】
前記第３光導波路は、前記第１光導波路の第１端面と前記第２光導波路の第２端面の間に配置され、前記第１コアを含む前記第１端面と、前記第２コアを含む前記第２端面の少なくとも一方は、前記基板の法線に対して傾いている、
請求項６に記載の光回路。
【請求項８】
前記第１光導波路は、前記第２光導波路の側の端部に形成された誘電体多層膜を有し、
前記誘電体多層膜が積層される方向は、前記第１光導波路の第１光軸と平行な方向である、
請求項１に記載の光回路。
【請求項９】
前記第２光導波路は、前記第１光導波路から導波した光が結合するリング共振器、
をさらに有し、
前記第１光導波路と前記リング共振器の間に共振器が形成されている、
請求項１に記載の光回路。
【請求項１０】
前記第１光導波路は、並列に設けられる第１活性層と第２活性層を有し、
前記第２光導波路は、前記第１光導波路の光軸方向の両側に配置され、前記第１光導波路の一方の側に配置される第１曲がり導波路と、前記第１光導波路の他方の側に配置される第２曲がり導波路とを有し、
前記第１曲がり導波路は、前記一方の側で前記第１活性層と前記第２活性層に接続され、前記第２曲がり導波路は、前記他方の側で前記第１活性層と前記第２活性層に接続され、前記第１曲がり導波路と前記第２曲がり導波路で共振器が形成されている、
請求項１に記載の光回路。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、光回路、及び光回路の製造方法に関する。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
基板上に半導体光素子と光導波路を集積した光回路は、光通信や光センサの分野で需要が高い。レーザ光源や受光素子などの半導体光素子は、化合物半導体で形成される場合が多い。一方、光導波路はシリコンフォトニクス技術で形成される。半導体光素子と光導波路のそれぞれに適した材料同士を高効率に結合させる必要がある。
【０００３】
能動光導波路を含む積層構造と、受動光導波路を含む積層構造を共通クラッドの上で接合する構成が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。共通クラッドの上で、異種材料で形成された光導波路領域を結合する場合、コアを形成する異なる材料のそれぞれに対して共通のクラッドとなり得る低屈折率材料を選択する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１６－１６４９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現在のところ、異なる材料で形成された光導波路同士を、異種の低屈折率材料を使用して高効率に光結合することは難しい。本開示の一つの側面では、異種材料の光導波路同士を高効率に結合する光回路と、その製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一つの実施形態において、光回路は、
基板と、
前記基板に配置される第１光導波路と、
前記基板に配置され前記第１光導波路と光結合する第２光導波路と、
を備え、
前記第１光導波路は、第１クラッドと、第２クラッドと、前記第１クラッドと前記第２クラッドの間に配置される第１コアと、を有し、
前記第２光導波路は、第３クラッドと、第４クラッドと、前記第３クラッドと前記第４クラッドの間に配置される第２コアと、を有し、
前記第１クラッドは前記第２クラッドよりも前記基板の近くに配置され、
前記第３クラッドは前記第４クラッドよりも前記基板の近くに配置され、
前記第１クラッドの材料と前記第３クラッドの材料は異なる。
【０００７】
別の実施形態において、光回路の製造方法は、
第１基板と、第１クラッドと、第１コアと、第１保護層をこの順に有する第１積層体を準備すること、
第２基板と、前記第１クラッドと異なる材料を含む第３クラッドと、第２コアと、第２保護層とをこの順に有する第２積層体を準備すること、
前記第１コアと前記第２コアとが対向するように前記第１積層体と前記第２積層体を突き合わせ、かつ、前記第１保護層と前記第２保護層を仮基板に固定すること、
前記第１基板と前記第２基板を第３基板に接合すること、
前記第１基板と前記第２基板とを前記第３基板に接合した後に前記仮基板を除去すること、
前記第１積層体を加工して、少なくとも前記第１クラッドと前記第１コアを含む第１光導波路を得ること、及び、
前記第２積層体を加工して、少なくとも前記第３クラッドと前記第２コアを含み、前記第１光導波路と光結合する第２光導波路を得ること、
を含む。
【発明の効果】
【０００８】
異種材料の光導波路同士を高効率に結合した光回路とその製造方法が実現される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
共通クラッドを用いることにより生じる課題を示す図である。
第１実施形態の光回路の模式的な上面図である。
図２ＡのＩＩＢ－ＩＩＢ断面図である。
図２Ａ及び図２Ｂの光回路の適用例を示す上面図である。
第１積層体の斜視図である。
第１積層体の側面図である。
第２積層体の斜視図である。
第２積層体の側面図である。
第１積層体と第２積層体を用いた光回路の製造工程図である。
第１積層体と第２積層体を用いた光回路の製造工程図である。
第１積層体と第２積層体を用いた光回路の製造工程図である。
第１積層体と第２積層体を用いた光回路の製造工程図である。
第１積層体と第２積層体を用いた光回路の製造工程図である。
第１積層体と第２積層体を用いた光回路の製造工程図である。
第１積層体と第２積層体の接合状態を示す上面図である。
図７ＡのＶＩＩ－ＶＩＩ断面図である。
積層体の加工による導波路の形成を示す上面図である。
図８のＩＸＡ－ＩＸＡ断面図である。
図８のＩＸＢ－ＩＸＢ断面図である。
図８のＩＸＣ－ＩＸＣ断面図である。
第２光導波路の加工の一例を示す図である。
第２光導波路の加工の一例を示す図である。
第２実施形態の光回路の模式図である。
仮基板上で第１積層体と第２積層体の間に形成される第３積層体の模式図である。
第３実施形態の光回路の断面模式図である。
誘電体多層膜を有する第１積層体の斜視図である。
図１３Ａの第１積層体の光軸方向の側面図である。
第３実施形態の光回路の変形例の断面図である。
第４実施形態の光回路の上面図である。
第４実施形態の第１変形例の光回路の上面図である。
第４実施形態の第２変形例の光回路の上面図である。
図１７ＡのＸＶＩＩＢ－ＸＶＩＩＢ断面図である。
第４実施形態の第３変形例の光回路の上面図である。
第４実施形態の第４変形例の光回路の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施形態の光回路の構成と製造方法を述べる前に、図１を参照して共通クラッドを用いた従来構成の技術課題を説明する。図１は、共通クラッドを用いた積層体の結合を模式的に示す。ＳｉＯ
２
層１０１２を有する基板１０１１上に、積層体５００、６００同士を、劈開面同士を合わせるように配置し、積層方向に１ＭＰａで加圧し、所定のガス雰囲気において３００℃で加熱して接合する。積層体５００は、後の工程で加工されてレーザダイの導波路構造となる。積層体６００は、後の工程で加工されてパッシブダイの導波路構造となる。この構造では、ＳｉＯ
２
層１０１２は、２つの導波路コアの双方に対する共通クラッドとして機能し、さらに接合も可能な材料であることが要求されるので、材料選択の自由度が低い。
（【００１１】以降は省略されています）

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