JP2827376B2 - Method for manufacturing semiconductor optical waveguide - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor optical waveguide

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JP2827376B2 JP34420989A JP34420989A JP2827376B2 JP 2827376 B2 JP2827376 B2 JP 2827376B2 JP 34420989 A JP34420989 A JP 34420989A JP 34420989 A JP34420989 A JP 34420989A JP 2827376 B2 JP2827376 B2 JP 2827376B2
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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、半導体光集積回路などにおいて光機能素子
間の接続などに用いられる半導体光導波路の製造方法に
関し、特に曲線光導波路部を含む半導体光導波路の製造
方法に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor optical waveguide used for connection between optical functional elements in a semiconductor optical integrated circuit or the like, and particularly relates to a semiconductor including a curved optical waveguide portion. The present invention relates to a method for manufacturing an optical waveguide.

[従来技術とその課題] 光エレクトロニクスの進歩とともに、半導体光デバイ
スの集積化の研究開発が近年盛んに進められている。特
に半導体光導波路は、半導体電子デバイスで培われた微
細加工技術を応用することによって半導体基板上に実現
でき、半導体光マトリクススイッチの各スイッチの間の
接続や、同一基板内での半導体光機能素子間の接続(例
えば、光源とスイッチやアンプなどとの接続)に用ら
れ、半導体光集積回路の重要なコンポーネントの一つと
考えられる。このような半導体光導波路としては、各半
導体光デバイス間の接続を行なうために、直線光導波路
だけでなく曲線光導波路も必要となってくる。従来は、
この曲線光導波路を直線光導波路と一緒に通常の1回の
フォト・リソグラフィ法を用いて形成する方法が一般的
であった。
[Prior art and its problems] With the progress of optoelectronics, research and development of integration of semiconductor optical devices have been actively pursued in recent years. In particular, semiconductor optical waveguides can be realized on a semiconductor substrate by applying the microfabrication technology cultivated in semiconductor electronic devices. Connections between switches in a semiconductor optical matrix switch, and semiconductor optical functional devices in the same substrate It is used for connection between them (for example, connection between a light source and a switch or an amplifier) and is considered as one of the important components of the semiconductor optical integrated circuit. Such a semiconductor optical waveguide requires not only a linear optical waveguide but also a curved optical waveguide in order to connect the semiconductor optical devices. conventionally,
In general, a method of forming the curved optical waveguide together with the linear optical waveguide using a single photolithography method is used.

ところで、集積化デバイスを小型化するためには、曲
線光導波路の曲率半径を小さくすることが好ましい。と
ころが本来、光には直進性という性質があるから、曲線
光導波路の曲率半径をむやみに小さくしていくと、従来
のリブ形成法では曲線光導波路に於て放射損失が増大す
るという問題があった。ある程度の曲率半径であれば、
導波路の幅を広くして光の閉じ込めを強くすることによ
って放射損失を低減できることがデリー(R.J.DERI)ら
によってエレクトロニクス・レターズ第23巻845頁(ELE
CTRONICS LETTERS Vol.23 p.845)に報告されている。
しかし、導波路幅を広くしていくと、導波光がマルチモ
ード条件に近づくことになり、同時に集積化された他の
直線光導波路よりなる光デバイス、例えば方向性結合器
型光スイッチ等の特性に悪影響を与える。しかも、曲率
半径をmmオーダー以下に小さくしていった場合、導波路
の幅を広くして光の閉じ込めを強くしても放射損失があ
まり低減されないという問題もある。
Incidentally, in order to reduce the size of the integrated device, it is preferable to reduce the radius of curvature of the curved optical waveguide. However, since light originally has the property of straightness, if the radius of curvature of a curved optical waveguide is reduced excessively, there is a problem that radiation loss in the curved optical waveguide increases in the conventional rib forming method. Was. With a certain radius of curvature,
Radiation loss can be reduced by widening the waveguide and increasing light confinement by RJDERI et al. In Electronics Letters Vol. 23, p. 845 (ELE).
CTRONICS LETTERS Vol.23 p.845).
However, as the waveguide width is increased, the guided light approaches the multimode condition, and at the same time, the characteristics of an optical device composed of other integrated linear optical waveguides, such as a directional coupler type optical switch. Adversely affect In addition, when the radius of curvature is reduced to the order of mm or less, there is a problem that even if the width of the waveguide is increased to enhance the confinement of light, the radiation loss is not significantly reduced.

第3図(a)は、S字曲線光導波路の導波路幅だけを
シングルモード条件内で変化させた場合の曲率半径と放
射損失の関係を示した一例の図であるが、曲率半径が数
mmオーダーの場合は導波路幅を広くすることによって放
射損失が低減されるが、曲率半径mmオーダー以下の場合
は導波路幅を広くしても殆ど放射損失は低減されないこ
とがわかる。このように、従来の方法には、曲線導波路
部の放射損失の低減に関して解決すべき課題があった。
FIG. 3 (a) is an example showing the relationship between the radius of curvature and the radiation loss when only the waveguide width of the S-shaped curved optical waveguide is changed within the single mode condition.
In the case of the mm order, the radiation loss is reduced by increasing the waveguide width. However, in the case where the radius of curvature is less than the mm order, even if the waveguide width is increased, the radiation loss is hardly reduced. As described above, the conventional method has a problem to be solved regarding the reduction of the radiation loss of the curved waveguide portion.

[課題を解決するための手段] 上述の課題を解決するために本発明が提供する半導体
光導波路の製造方法は、直線及び曲線形状のリブ型光導
波路が連続して形成され、かつ、直線光導波路部と曲線
光導波路部のリブ高さが異なっている半導体光導波路の
製造方法であって、半導体基板上に少なくとも半導体第
1クラッド層、半導体導波層、および半導体第2クラッ
ド層をこの順に積層する工程と、この積層工程により半
導体層が積層された前記半導体基板上の曲線光導波路部
に相当する部分以外の部分を第1のマスクで覆う工程
と、このマスク工程により部分的に前記第1のマスクで
覆われた前記半導体基板上に前記直線光導波路と曲線光
導波路とを連続した導波路の形状の第2のマスクを形成
する工程と、前記第2のマスクで覆われた部分以外の部
分において前記第1のマスクが除去されるまで前記第2
のマスクで覆われた前記半導体基板にエッチングを施す
工程と、前記第2のマスクを除去する工程とを含むこと
を特徴とする。
[Means for Solving the Problems] In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a method for manufacturing a semiconductor optical waveguide, wherein a linear and curved rib-shaped optical waveguides are continuously formed, and a linear optical waveguide is formed. A method for manufacturing a semiconductor optical waveguide in which a rib height of a waveguide portion and a curved optical waveguide portion are different, wherein at least a semiconductor first cladding layer, a semiconductor waveguide layer, and a semiconductor second cladding layer are formed on a semiconductor substrate in this order. A step of laminating, a step of covering a portion other than the portion corresponding to the curved optical waveguide portion on the semiconductor substrate on which the semiconductor layer is laminated by the laminating step with a first mask, and a step of partially covering the first Forming a second mask having a shape of a continuous waveguide of the linear optical waveguide and the curved optical waveguide on the semiconductor substrate covered by the first mask; and a portion covered by the second mask. The second mask until the first mask is removed in a portion other than
A step of etching the semiconductor substrate covered with the mask and a step of removing the second mask.

[作用] 一般に、光は直進性という性質を持っているので、半
導体光導波路の曲線部分では放射損失が生じてしまう。
この放射損失は曲線光導波路の曲率を小さくするに従っ
て増大してしまうので、従来は放射損失が導波損失に比
べて無視できる程度の曲率で曲線光導波路を作製せざる
を得ず、このためデバイス全体の長さを短くするのに大
きな妨げとなっていた。また、導波路幅を広くしておい
て光の閉じ込めを強くし、曲線光導波路の放射損失を低
減することもできるが、曲率がmmオーダー以下の場合、
この方法によっても放射損失はあまり低減されない上
に、マルチモード条件に近づいてしまうので同一基板状
の他の光デバイスに悪影響を与える点からも好ましくな
い。
[Operation] In general, light has the property of traveling straight, so that radiation loss occurs at the curved portion of the semiconductor optical waveguide.
Since the radiation loss increases as the curvature of the curved optical waveguide is reduced, conventionally, the curved optical waveguide must be manufactured with a curvature that is negligible compared to the waveguide loss. This was a major hindrance in reducing the overall length. Also, it is possible to increase the waveguide width to enhance the light confinement and reduce the radiation loss of the curved optical waveguide.However, when the curvature is on the order of mm or less,
Even with this method, the radiation loss is not reduced so much, and since it approaches the multi-mode condition, it is not preferable in that it adversely affects other optical devices on the same substrate.

これに対して、本発明においては曲線光導波路を直線
光導波路よりも深くエッチングし、曲線光導波路のリブ
高さを直線光導波路のリブ高さよりも高くするための製
造方法を提供する。曲線光導波路のリブ高さを直線光導
波路のリブ高さよりも高くすると、曲率半径を小さくし
ていったときにおける曲線光導波路の放射損失を低減で
きる上、シングルモード条件も容易に実現でき、同一基
板上の他の光デバイスには悪影響を与えないという特徴
があるが、本発明は効果的に曲線導波路のリブ高さを直
線導波路のリブ高さよりも高くできる製造方法を与える
ものである。本発明においては、第1のマスクを曲線導
波路部に相当する部分以外の部分に形成し、その後に本
来のマスクである導波路形状の第2のマスクを形成する
事によって曲線光導波路のリブ高さを直線光導波路部の
リブ高さより高くする方法であるので、通常考えられる
2回のエッチングという場合に比べ、エッチング工程の
回数が1回で済む。さらに、第1のマスクの素材を適当
に選ぶことにより直線部と曲線部のリブの高さを精度良
く制御でき、また、通常の2回のフォトリソグラフィ工
程に比べて厳しい目合わせの精度が要求されず、簡単な
工程によって曲線光導波路部の放射損失を低減できる。
In contrast, the present invention provides a manufacturing method for etching a curved optical waveguide deeper than a linear optical waveguide so that the rib height of the curved optical waveguide is higher than the rib height of the linear optical waveguide. When the rib height of the curved optical waveguide is higher than the rib height of the linear optical waveguide, the radiation loss of the curved optical waveguide when the radius of curvature is reduced can be reduced, and the single mode condition can be easily realized. Although the present invention has a feature that other optical devices on the substrate are not adversely affected, the present invention provides a manufacturing method capable of effectively making the rib height of the curved waveguide higher than that of the straight waveguide. . In the present invention, the first mask is formed on a portion other than the portion corresponding to the curved waveguide portion, and then the second mask having the waveguide shape, which is the original mask, is formed. Since the height is higher than the rib height of the linear optical waveguide portion, the number of times of the etching process is only one as compared with the case where two etchings are normally considered. Furthermore, by appropriately selecting the material of the first mask, the heights of the ribs in the linear portion and the curved portion can be controlled with high accuracy, and strict alignment accuracy is required compared to the usual two photolithography steps. However, the radiation loss of the curved optical waveguide can be reduced by a simple process.

[実施例] 以下に図面を参照して本発明をさらに詳しく説明す
る。
[Example] The present invention will be described below in more detail with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例であるGaAs/AlGaAs半導体
光導波路の概要を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing an outline of a GaAs / AlGaAs semiconductor optical waveguide according to one embodiment of the present invention.

GaAs基板1上に、Al0.5Ga0.5As第1クラッド層2が成
長され、Al0.5Ga0.5As第1クラッド層2の上にGaAs導波
層3が成長されている。前記GaAs導波層3の上には、リ
ブ部を有するAl0.5Ga0.5As第2クラッド層4が形成され
ている。リブ部の高さは、曲線光導波路5の方が直線光
導波路部6よりも高くなっている。
An Al 0.5 Ga 0.5 As first cladding layer 2 is grown on a GaAs substrate 1, and a GaAs waveguide layer 3 is grown on the Al 0.5 Ga 0.5 As first cladding layer 2. On the GaAs waveguide layer 3, an Al 0.5 Ga 0.5 As second clad layer 4 having a rib portion is formed. The height of the rib portion is higher in the curved optical waveguide 5 than in the straight optical waveguide portion 6.

まず、第1図に示した半導体光導波路の製造方法につ
いて以下に述べる。GaAs基板1上に、分子線エピタキシ
ャル成長法(MBE法)もしくは有機金属気相成長法(MO
−CVD法)を用いて、Al0.5Ga0.5As第1クラッド層2、G
aAs導波層3、Al0.5Ga0.5As第2クラッド層4成長す
る。各層の厚さはAl0.5Ga0.5As第1クラッド層2が1〜
2μm程度、GaAs導波層3が0.2μm程度、Al0.5Ga0.5A
s第2クラッド層4が1.2μm程度である。以下のように
結晶を成長された後、直線光導波路のリブ高さと曲線光
導波路のリブ高さが異なる半導体光導波路を形成する。
First, a method for manufacturing the semiconductor optical waveguide shown in FIG. 1 will be described below. On a GaAs substrate 1, a molecular beam epitaxial growth method (MBE method) or a metal organic chemical vapor deposition method (MO
-CVD method) using, Al 0.5 Ga 0.5 As first cladding layer 2, G
The aAs waveguide layer 3 and the Al 0.5 Ga 0.5 As second cladding layer 4 are grown. The thickness of each layer is 1 to 0.5 for the first cladding layer 2 of Al 0.5 Ga 0.5 As.
About 2 μm, GaAs waveguide layer 3 about 0.2 μm, Al 0.5 Ga 0.5 A
s The second cladding layer 4 has a thickness of about 1.2 μm. After the crystal is grown as described below, a semiconductor optical waveguide is formed in which the rib height of the linear optical waveguide and the rib height of the curved optical waveguide are different.

半導体光導波路を形成する工程の概要を第2図に斜視
図で示す。まず第2図(a)のように、通常のフォトリ
ソグラフィ法をGaAs/AlGaAsウェハ10上に、曲線光導波
路及びその周辺部に相当する部分15をフォトレジスト11
によってマスクをする。次に、第2図(b)のように電
子ビーム蒸着法(EB法)もしくはスパッタリング法によ
ってTi金属9を15nm程度の厚さに全面に蒸着する。フォ
トレジスタ11は有機溶剤を用いて簡単に除去できるの
で、第2図(c)のように直線光導波路及びその周辺部
に相当する部分16のみがTi金属9によって覆われること
になる。この上に通常のフォトリソグラフィ法を用い
て、第2図(d)のように、形成すべき導波路形状にフ
ォトレジスト41を用いてマスクをする。この後、反応性
ビームエッチング法(RIBE法)によって導波路形状のフ
ォトレジスト41でマスクされた以外の部分をエッチング
すると、第2図(e)のように直線光導波路部6及び曲
線光導波路部5を同時に形成できる。このとき、直線光
導波路部6の周辺部においてはTi金属層9を完全に除去
するのに要する時間分だけAl0.5Ga0.5As第2クラッド層
4エッチングする時間が減少するので、直線光導波路部
6のリブ高さより曲線光導波路部5のリブ高さを高くす
ることができる。その後、フォトレジスト41を、GaAs/A
lGaAsウェハに対しては反応せずかつフォトレジストの
みを除去できる有機溶剤等で除去すると、第2図(f)
のように直線光導波路部6のリブ高さと曲線光導波路部
5のリブ高さの異なる半導体光導波路が形成される。こ
の時、直線光導波路部6のリブ高さは0.9μm、曲線光
導波路部5のリブ高さは1μmである。
FIG. 2 is a perspective view showing an outline of a process of forming a semiconductor optical waveguide. First, as shown in FIG. 2 (a), a portion 15 corresponding to a curved optical waveguide and its peripheral portion is formed on a GaAs / AlGaAs wafer 10 by a normal photolithography method.
Mask. Next, as shown in FIG. 2B, a Ti metal 9 is deposited on the entire surface to a thickness of about 15 nm by an electron beam evaporation method (EB method) or a sputtering method. Since the photoresistor 11 can be easily removed using an organic solvent, only the portion 16 corresponding to the linear optical waveguide and its peripheral portion is covered with the Ti metal 9 as shown in FIG. As shown in FIG. 2 (d), a mask is formed on this with a photoresist 41 in the shape of the waveguide to be formed, as shown in FIG. 2 (d). Thereafter, portions other than those masked by the waveguide-shaped photoresist 41 are etched by a reactive beam etching method (RIBE method). As a result, as shown in FIG. 5 can be formed simultaneously. At this time, the etching time of the Al 0.5 Ga 0.5 As second cladding layer 4 in the peripheral portion of the linear optical waveguide portion 6 is reduced by the time required to completely remove the Ti metal layer 9, The rib height of the curved optical waveguide portion 5 can be made higher than the rib height of the rib 6. After that, the photoresist 41 is changed to GaAs / A
FIG. 2 (f) shows that when the substrate is removed with an organic solvent or the like which does not react with the lGaAs wafer and can remove only the photoresist.
As described above, a semiconductor optical waveguide in which the rib height of the linear optical waveguide portion 6 and the rib height of the curved optical waveguide portion 5 are different from each other is formed. At this time, the rib height of the linear optical waveguide 6 is 0.9 μm, and the rib height of the curved optical waveguide 5 is 1 μm.

以上が本発明による半導体光導波路の製造方法の実施
例であり、上述の製造方法による半導体光導波路におい
て、曲線光導波路の放射損失が従来もよりも改善され、
かつ、シングルモード条件も容易に実現できる原理を以
下に説明する。
The above is the embodiment of the method for manufacturing a semiconductor optical waveguide according to the present invention, in the semiconductor optical waveguide according to the above-described manufacturing method, the radiation loss of the curved optical waveguide is improved than before,
The principle by which the single mode condition can be easily realized will be described below.

本実施例においては、第1図に示すように直線光導波
路部6のリブ高さが通常通りであるのに対して、曲線光
導波路部5のリブ高さはやや高くなっている。そこで、
曲線光導波路部5では光の閉じこめが強くなり、放射損
失の低減化がはかれる。
In this embodiment, as shown in FIG. 1, the rib height of the straight optical waveguide portion 6 is normal, whereas the rib height of the curved optical waveguide portion 5 is slightly higher. Therefore,
In the curved optical waveguide section 5, the light is strongly confined, and the radiation loss is reduced.

第3図(a)にシングルモード条件内で導波路幅を変
化させた場合の曲率半径と放射損失の関係の計算の一例
を示す。放射損失の計算は、第4図(a)にその上面図
を示すような1つのS字曲り導波路当たりについての全
放射損失として求め、S字曲り導波路の断面構造として
は、第4図(b)に示すように層構造について計算し
た。ここでは、Al0.5Ga0.5As第1クラッド層70の層厚を
1.5μm、導波層71の層厚を0.2μm、Al0.5Ga0.5As第2
クラッド層72の層厚を1.2μm、エッチング深さte(7
4)を0.9μmとして、導波路幅W(73)を2μm、2.5
μm、3μmと変化させた。第3図(a)より、曲率半
径が数mmの場合は、導波路幅を広くした方が放射損失が
低減できるが、mmオーダー以下の場合は導波路幅を広げ
ても放射損失はあまり変わらなことがわかる。
FIG. 3A shows an example of calculation of the relationship between the radius of curvature and the radiation loss when the waveguide width is changed within the single mode condition. The radiation loss was calculated as the total radiation loss per one S-shaped waveguide as shown in the top view of FIG. 4 (a). The cross-sectional structure of the S-shaped waveguide is shown in FIG. Calculation was performed on the layer structure as shown in (b). Here, the thickness of the Al 0.5 Ga 0.5 As first cladding layer 70 is
1.5 μm, the thickness of the waveguide layer 71 is 0.2 μm, Al 0.5 Ga 0.5 As second
The thickness of the cladding layer 72 is 1.2 μm, and the etching depth t e (7
4) is set to 0.9 μm, and the waveguide width W (73) is set to 2 μm and 2.5 μm.
μm and 3 μm. From FIG. 3 (a), when the radius of curvature is several mm, the radiation loss can be reduced by increasing the waveguide width. However, when the radius of curvature is less than the order of mm, the radiation loss does not change much even if the waveguide width is increased. I understand that.

第3図(b)には第3図(a)の同じ構造でシングル
モード条件内で導波路のリブ高さを変化させた場合の曲
率半径と放射損失の関係の一例を示す。第3図(a)と
同じく、放射損失の計算は、第4図(a)に示すような
1つのS字曲り導波路当りについての全放射損失として
求め、S字曲り導波路の断面構成としては、第4図
(b)に示すような層構造について計算し、ここでは、
Al0.5Ga0.5As第1クラッド層70の層厚を1.5μm、導波
層71の層厚を0.2μm、Al0.5Ga0.5As第2クラッド層72
の層厚を1.2μm、導波路幅W(73)を2μmとして、
エッチング深さte(74)を0.9μm、0.95μm、1μm
と変化させた。第3図(b)より、導波路のリブ高さを
高くした場合は、曲率半径が数mmオーダー以下でも効果
的に放射損失を低減できることがわかる。
FIG. 3 (b) shows an example of the relationship between the radius of curvature and the radiation loss when the rib height of the waveguide is changed within the single mode condition in the same structure as in FIG. 3 (a). Similar to FIG. 3 (a), the radiation loss is calculated as the total radiation loss per one S-shaped waveguide as shown in FIG. 4 (a), and calculated as the cross-sectional configuration of the S-shaped waveguide. Is calculated for a layer structure as shown in FIG. 4 (b).
The thickness of the Al 0.5 Ga 0.5 As first cladding layer 70 is 1.5 μm, the thickness of the waveguide layer 71 is 0.2 μm, and the thickness of the Al 0.5 Ga 0.5 As second cladding layer 72 is 72 μm.
Is assumed to be 1.2 μm and the waveguide width W (73) is 2 μm.
Etching depth t e (74) is 0.9 μm, 0.95 μm, 1 μm
Was changed. FIG. 3 (b) shows that when the rib height of the waveguide is increased, the radiation loss can be effectively reduced even if the radius of curvature is on the order of several mm or less.

本実施例ではリブの高さを高くして光の閉じこめを強
くしているので、曲線光導波路部5の曲率半径をmmオー
ダー以下に短くした場合でも、導波路幅を広げて光の閉
じこめを強くする場合に比べて効果的に放射損失を低減
することが可能である。また、直線光導波路部6は従来
通りのリブ高さなので、直線光導波路部6においてシン
グルモード条件を容易に保つことができ、かつ、曲線光
導波路部5のシングルモード条件は曲線光導波路部6よ
りもリブ高さが高くてみ許容されるので、容易にシング
ルモード条件が実現できる。さらに、直線光導波路部6
の幅と曲線光導波路部5の幅は同じなので、直線光導波
路部6と曲線光導波路部5の接続損失に関しては特に問
題は生じない。
In this embodiment, since the height of the ribs is increased to confine light, even if the radius of curvature of the curved optical waveguide portion 5 is reduced to the order of mm or less, the width of the waveguide is increased to confine light. It is possible to effectively reduce the radiation loss as compared with the case where it is strengthened. Further, since the straight optical waveguide portion 6 has the same rib height as the conventional one, the single mode condition can be easily maintained in the straight optical waveguide portion 6, and the single mode condition of the curved optical waveguide portion 5 is set to be equal to the curved optical waveguide portion 6. Since a higher rib height is permissible, a single mode condition can be easily realized. Further, the linear optical waveguide section 6
And the width of the curved optical waveguide section 5 are the same, so that there is no particular problem regarding the connection loss between the straight optical waveguide section 6 and the curved optical waveguide section 5.

なお、本発明は上記の実施例に限定されるものではな
い。実施例としては、GaAs系の材料を用いたが、これに
限るものではなく、InP系等他の材料でも、光導波路材
料であれば本発明は適用可能である。また、本実施例で
はエッチングをRIBE法によるドライエッチングで行なっ
ているが、リブ部が形成されるエッチング方法であれば
他の方法でもよく、例えば反応性イオンエッチング法
(RIE法)であってもよいし、ウェットエッチングでも
よい。また、直線光導波路部6より曲線光導波路部5の
リブのエッチング深さを深くするために、直線光導波路
部及びその周辺に相当する部分16に本実施例ではTi金属
9を蒸着したが、特にTi金属に限るものではなく、層厚
制御性及びエッチング速度の制御性に優れる材料であれ
ば他の物質であってもよい。さらに、本実施例において
は直線光導波路部6のリブ部の上にTi金属層9が残った
ままになっているが、Ti金属層9が残っている必要は特
になく、必要であれば除去しても構わない。
Note that the present invention is not limited to the above embodiment. Although a GaAs-based material was used in the embodiment, the present invention is not limited to this, and the present invention is applicable to other materials such as an InP-based material as long as the material is an optical waveguide material. In this embodiment, the etching is performed by dry etching by the RIBE method. However, other methods may be used as long as the rib portion is formed, for example, a reactive ion etching method (RIE method). Alternatively, wet etching may be used. Further, in order to increase the etching depth of the ribs of the curved optical waveguide portion 5 from the linear optical waveguide portion 6, a Ti metal 9 was deposited on the portion 16 corresponding to the linear optical waveguide portion and its periphery in the present embodiment. In particular, the material is not limited to Ti metal, and any other material may be used as long as the material has excellent layer thickness controllability and etching rate controllability. Further, in the present embodiment, the Ti metal layer 9 remains on the rib portion of the linear optical waveguide section 6, but it is not particularly necessary that the Ti metal layer 9 remains, and if necessary, the Ti metal layer 9 is removed. It does not matter.

[発明の効果] 以上に述べたように、本発明はmmオーダー以下の曲率
の曲線光導波路部においても放射損失が従来よりも改善
され、かつ、シングルモード条件の実現も容易な半導体
光導波路の製造方法を提供する。そこで、この発明の製
造方法の採用により、光スイッチなどの光機能素子中の
半導体光導波路の曲線光導波路の占める長さを短くする
ことができ、デバイスの短小化が可能となり、デバイス
長の短小化によって光路長が短くなるのに伴い、導波損
失を低減することも可能となり、さらに同一基板上の他
の光デバイスに悪影響を与えることもない半導体光導波
路を製造できる。しかも、本発明においては、第1のマ
スクを曲線導波路部に相当する部分以外の部分に形成
し、その後に本来のマスクである導波路形状の第2のマ
スクを形成する事によって曲線光導波路部のリブ高さを
直線光導波路部のリブ高さより高くするという巧みな方
法を採用しているので、通常に考えてリブ高さに差を設
ける方法では2回のエッチングを要するのに対し、本発
明の方法ではエッチング工程の回数が1回で済む。さら
に、本発明の方法では、第1のマスクの素材を適当に選
ぶことにより直線部と曲線部のリブの高さを精度良く制
御でき、また、通常の2回フォトリソグラフィ工程に比
べて厳しい目合わせの精度が要求されず、簡単な工程に
よって曲線光導波路部の放射損失の低減化を図ることが
できる。
[Effects of the Invention] As described above, the present invention provides a semiconductor optical waveguide in which the radiation loss is improved even in a curved optical waveguide section having a curvature of the order of mm or less and the realization of a single mode condition is easy. A manufacturing method is provided. Therefore, by employing the manufacturing method of the present invention, the length occupied by the curved optical waveguide of the semiconductor optical waveguide in the optical functional device such as an optical switch can be shortened, and the device can be shortened. As the optical path length is shortened by the development, the waveguide loss can be reduced, and a semiconductor optical waveguide that does not adversely affect other optical devices on the same substrate can be manufactured. In addition, in the present invention, the first mask is formed in a portion other than the portion corresponding to the curved waveguide portion, and then the second mask having the waveguide shape, which is the original mask, is formed. The rib height of the part is higher than the rib height of the linear optical waveguide part, so the method of providing a difference in the rib height normally requires two etchings, The method of the present invention requires only one etching step. Further, in the method of the present invention, the height of the ribs in the straight portion and the curved portion can be accurately controlled by appropriately selecting the material of the first mask. No alignment accuracy is required, and the radiation loss of the curved optical waveguide can be reduced by a simple process.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例であるGaAs/AlGaAs半導体光
導波路の概要を示す斜視図である。第2図は本発明の一
実施例の半導体光導波路を形成する工程の概要を示す斜
視図であり、第2図(a)は第1回目のフォトリソグラ
フィ法により曲線光導波路及びその周辺部に相当する部
分15にフォトレジスト11でマスクをした状態の概要を示
す斜視図であり、第2図(b)はEB法によって全面にTi
金属9を蒸着した状態の概要を示す斜視図であり、第2
図(c)は第2図(b)で示したフォトレジスト11を除
去した状態の概要を示す斜視図であり、第2図(d)は
フォトレジスト41で形成すべき導波路形状にGaAs/AlGaA
sウェハをマスクした状態の概要を示す斜視図であり、
第2図(e)はRIBE法により形成すべき導波路の形状に
エッチングした状態の概要を示す斜視図であり、第2図
(f)は第2図(e)で示したフォトレジスト41を有機
溶剤で除去した後の斜視概要図である。第3図は曲線光
導波路の放射損失と曲率半径Rの関係を示す図であり、
第3図(a)はシングルモード条件内で導波路幅を変化
させた場合の放射損失とRの関係を示す図、第3図
(b)は第3図(a)と同じ構造でシングルモード条件
内でリブ高さを変化させた場合の放射損失とRの関係を
示す図である。第4図は、第3図の放射損失の計算を補
足説明する図であり、第4図(a)は放射損失を求める
対象となったS字カーブの図、第4図(b)は放射損失
の計算に用いた曲線光導波路の導波構造のモデルを示す
断面図である。 1……GaAs基板、2……Al0.5Ga0.5As第1クラッド層、
3……GaAs導波層、4……Al0.5Ga0.5As第2クラッド
層、5……曲線光導波路部、6……直線光導波路部、9
……Ti金属層、10……GaAs/AlGaAsウェハ、11,41……フ
ォトレジスト、15……曲線光導波路及びその周辺に相当
する部分、16……直線光導波路及びその周辺に相当する
部分、70……Al0.5Ga0.5As第1クラッド層、71……GaAs
導波層、72……Al0.5Ga0.5As第2クラッド層、73……導
波路幅W、74……エッチング深さte
FIG. 1 is a perspective view showing an outline of a GaAs / AlGaAs semiconductor optical waveguide according to one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing an outline of a step of forming a semiconductor optical waveguide according to one embodiment of the present invention. FIG. FIG. 2B is a perspective view showing an outline of a state in which a corresponding portion 15 is masked with a photoresist 11, and FIG.
FIG. 3 is a perspective view showing an outline of a state where metal 9 is deposited, and FIG.
FIG. 2C is a perspective view showing an outline of a state where the photoresist 11 shown in FIG. 2B is removed, and FIG. AlGaA
It is a perspective view showing an outline of a state in which the s wafer is masked,
FIG. 2 (e) is a perspective view showing an outline of a state where the waveguide to be formed by the RIBE method is etched, and FIG. 2 (f) is a photo resist 41 shown in FIG. 2 (e). FIG. 3 is a schematic perspective view after removing with an organic solvent. FIG. 3 is a view showing the relationship between the radiation loss of the curved optical waveguide and the radius of curvature R;
FIG. 3A shows the relationship between the radiation loss and R when the waveguide width is changed within the single mode condition. FIG. 3B shows the same structure as in FIG. It is a figure which shows the relationship between radiation loss and R when the rib height is changed within the conditions. FIG. 4 is a diagram for supplementarily explaining the calculation of the radiation loss in FIG. 3. FIG. 4 (a) is a diagram of an S-shaped curve from which the radiation loss is obtained, and FIG. It is sectional drawing which shows the model of the waveguide structure of the curved optical waveguide used for loss calculation. 1 ... GaAs substrate, 2 ... Al 0.5 Ga 0.5 As first cladding layer,
3 ...... GaAs waveguide layer, 4 ...... Al 0.5 Ga 0.5 As second cladding layer, 5 ...... curved waveguide section, 6 ...... straight waveguide section, 9
... Ti metal layer, 10 ... GaAs / AlGaAs wafer, 11,41 ... Photoresist, 15 ... Part corresponding to curved optical waveguide and its periphery, 16 ... Linear optical waveguide and part corresponding to its periphery, 70 ...... Al 0.5 Ga 0.5 As first cladding layer, 71 ...... GaAs
Waveguide layer, 72 ...... Al 0.5 Ga 0.5 As second cladding layer, 73 ...... waveguide width W, 74 ...... etching depth t e.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】直線及び曲線形状のリブ型光導波路が連続
して形成され、かつ、直線光導波路部と曲線光導波路部
のリブ高さが異なっている半導体光導波路の製造方法に
おいて、半導体基板上に少なくとも半導体第1クラッド
層、半導体導波層、および半導体第2クラッド層をこの
順に積層する工程と、この積層工程により半導体層が積
層された前記半導体基板上の曲線光導波路部に相当する
部分以外の部分を第1のマスクで覆う工程と、このマス
ク工程により部分的に前記第1のマスクで覆われた前記
半導体基板上に前記直線光導波路と曲線光導波路とを連
続した導波路の形状の第2のマスクを形成する工程と、
前記第2のマスクで覆われた部分以外の部分において前
記第1のマスクが除去されるまで前記第2のマスクで覆
われた前記半導体基板にエッチングを施す工程と、前記
第2のマスクを除去する工程とを含むことを特徴とする
半導体光導波路の製造方法。
1. A method of manufacturing a semiconductor optical waveguide in which linear and curved rib-shaped optical waveguides are continuously formed and a rib height of a linear optical waveguide portion and a curved optical waveguide portion are different from each other. A step of stacking at least a semiconductor first cladding layer, a semiconductor waveguide layer, and a semiconductor second cladding layer in this order, and corresponds to a curved optical waveguide portion on the semiconductor substrate on which the semiconductor layers are stacked by the stacking step. A step of covering a part other than the part with a first mask, and a step of forming a waveguide in which the linear optical waveguide and the curved optical waveguide are continuous on the semiconductor substrate partially covered with the first mask by the masking step. Forming a second mask having a shape;
Etching the semiconductor substrate covered with the second mask until the first mask is removed in a portion other than the portion covered with the second mask; and removing the second mask. A method of manufacturing a semiconductor optical waveguide.
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