JP2000162459A - Photonic crystal and manufacture thereof - Google Patents

Photonic crystal and manufacture thereof

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JP2000162459A
JP2000162459A JP10336945A JP33694598A JP2000162459A JP 2000162459 A JP2000162459 A JP 2000162459A JP 10336945 A JP10336945 A JP 10336945A JP 33694598 A JP33694598 A JP 33694598A JP 2000162459 A JP2000162459 A JP 2000162459A
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JP
Japan
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thin film
substrate
photonic crystal
film material
layer
Prior art date
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JP10336945A
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Japanese (ja)
Inventor
Baccalo Pablo
パブロ・バッカロ
Chiaki Domoto
千秋 堂本
Kazumi Wada
一実 和田
Seiji Sakata
成司 坂田
Norifumi Egami
典文 江上
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ATR Adaptive Communications Research Laboratories
Original Assignee
ATR Adaptive Communications Research Laboratories
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photonic crystal easily manufactured and used, for example, for a reflection mirror and an optical waveguide of a semiconductor laser, and to provide a manufacturing method therefor. SOLUTION: After a GaAs buffer layer 11 of a semiconductor layer is formed on a GaAs semiconductor substrate 10 of a single crystal substarte using an MOCVD method, the layer 11 is oxidized periodically with a prescribed distance one another using an atomic force microscope(AFM) fine working method to form fine oxide masks 11a. Thin film material layers 12, 13, 14 are not formed on portions with the oxide masks 11a formed by forming thin film material layers, each of which includes a clad layer 12, a core layer 13 and a clad layer 14, for forming, optical wave guides on the buffer layer 11 with the oxide masks 11a formed using the MOCVD method, and, on the other hand, the thin film material layers 12, 13, 14 are formed in portions with no oxide mask 11a formed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、半導体レ
ーザの反射ミラーや光導波路に用いるためのフォトニッ
ク結晶とその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photonic crystal for use in, for example, a reflection mirror or an optical waveguide of a semiconductor laser, and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】フォトニック結晶とは、光の1/2波長
周期で、2種類以上の誘電体又は空気及び半導体又は金
属が交互に繰り返すように形成された2次元的又は3次
元的な周期構造を有する結晶である。このような構造の
中では、光の振る舞いが、フォトニックバンドと呼ばれ
る分散特性によって決定される。さらにフォトニックギ
ャップと呼ばれる光の存在を許さない禁制帯を生じさせ
ることができる。
2. Description of the Related Art A photonic crystal is a two-dimensional or three-dimensional cycle formed by alternately repeating two or more kinds of dielectrics or air and semiconductors or metals at a half wavelength cycle of light. It is a crystal having a structure. In such a structure, the behavior of light is determined by a dispersion characteristic called a photonic band. Further, a forbidden band called a photonic gap that does not allow the existence of light can be generated.

【0003】このようなフォトニック結晶を実現できれ
ば、半導体レーザの反射ミラーや、光導波路構造を実現
することができる。
If such a photonic crystal can be realized, a reflection mirror of a semiconductor laser and an optical waveguide structure can be realized.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フォト
ニック結晶は、従来技術文献1「Eli Yablonovitch,”I
nhibited Spontaneous Emission in Solid-State Physi
cs and Electronics”,Physical Review Letters,Vol.5
8,No.20,pp.2059-2062,1987年5月18日」において提案さ
れて以来、物理学の分野で話題とはなっているものの、
工学的な応用はほとんどなされていない。これは、サブ
ミクロン微細加工が困難であり、加工損傷の影響が大き
く効果が議論できないためである。
However, the photonic crystal is disclosed in the prior art document 1 "Eli Yablonovitch,"
nhibited Spontaneous Emission in Solid-State Physi
cs and Electronics ”, Physical Review Letters, Vol.5
8, No. 20, pp. 2059-2062, May 18, 1987, has been a topic in the field of physics,
Little engineering application has been made. This is because submicron microfabrication is difficult and the effects of processing damage are so great that the effects cannot be discussed.

【0005】本発明の目的は以上の問題点を解決し、従
来技術に比較して製造方法が簡単であって、例えば、半
導体レーザの反射ミラーや光導波路に用いるためのフォ
トニック結晶とその製造方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to make the manufacturing method simpler than that of the prior art. For example, a photonic crystal for use in a reflecting mirror or an optical waveguide of a semiconductor laser and the manufacturing thereof It is to provide a method.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項1記
載のフォトニック結晶は、単結晶基板上に半導体層を形
成した後、所定の微細加工法を用いて上記半導体層を互
いに所定の間隔をあけて周期的に酸化することにより微
細な酸化物マスクを形成し、周期的な酸化物マスクが形
成された半導体層上に、所定の結晶成長法を用いて所定
の薄膜材料層を形成することにより、酸化物マスクが形
成された部位には当該薄膜材料層を形成しない一方、酸
化物マスクが形成されていない部位には当該薄膜材料層
を形成してなることを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, in a photonic crystal according to the present invention, after a semiconductor layer is formed on a single crystal substrate, the semiconductor layers are separated from each other by a predetermined fine processing method. A fine oxide mask is formed by periodically oxidizing at intervals, and a predetermined thin film material layer is formed using a predetermined crystal growth method on the semiconductor layer on which the periodic oxide mask is formed. Thereby, the thin film material layer is not formed on the portion where the oxide mask is formed, but the thin film material layer is formed on the portion where the oxide mask is not formed.

【0007】また、請求項2記載のフォトニック結晶
は、請求項1記載のフォトニック結晶において、上記単
結晶基板は、GaAs半導体基板、InP半導体基板、
SiC基板又はSi基板であることを特徴とする。
The photonic crystal according to claim 2 is the photonic crystal according to claim 1, wherein the single crystal substrate is a GaAs semiconductor substrate, an InP semiconductor substrate,
It is a SiC substrate or a Si substrate.

【0008】さらに、請求項3記載のフォトニック結晶
は、請求項1又は2記載のフォトニック結晶において、
上記微細加工法は、原子間力顕微鏡(AFM)微細加工
法又は走査型トンネル顕微鏡(STM)微細加工法であ
ることを特徴とする。
Further, the photonic crystal according to claim 3 is the photonic crystal according to claim 1 or 2,
The fine processing method is an atomic force microscope (AFM) fine processing method or a scanning tunneling microscope (STM) fine processing method.

【0009】本発明に係る請求項4記載のフォトニック
結晶の製造方法は、単結晶基板上に半導体層を形成する
ことと、所定の微細加工法を用いて上記半導体層を互い
に所定の間隔をあけて周期的に酸化することにより微細
な酸化物マスクを形成することと、周期的な酸化物マス
クが形成された半導体層上に、所定の結晶成長法を用い
て所定の薄膜材料層を形成することにより、酸化物マス
クが形成された部位には当該薄膜材料層を形成しない一
方、酸化物マスクが形成されていない部位には当該薄膜
材料層を形成することとを含むことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a photonic crystal, comprising: forming a semiconductor layer on a single crystal substrate; and forming the semiconductor layer at a predetermined distance from each other by using a predetermined fine processing method. Forming a fine oxide mask by opening and periodically oxidizing, and forming a predetermined thin film material layer using a predetermined crystal growth method on the semiconductor layer on which the periodic oxide mask has been formed. Forming the thin film material layer in a portion where the oxide mask is not formed, and forming the thin film material layer in a portion where the oxide mask is not formed. .

【0010】また、請求項5記載のフォトニック結晶の
製造方法は、請求項4記載のフォトニック結晶の製造方
法において、上記単結晶基板は、GaAs半導体基板、
InP半導体基板、SiC基板又はSi基板であること
を特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a photonic crystal according to the fourth aspect, the single crystal substrate is a GaAs semiconductor substrate.
It is an InP semiconductor substrate, a SiC substrate, or a Si substrate.

【0011】さらに、請求項6記載のフォトニック結晶
の製造方法は、請求項4又は5記載のフォトニック結晶
の製造方法において、上記微細加工法は、原子間力顕微
鏡(AFM)微細加工法又は走査型トンネル顕微鏡(S
TM)微細加工法であることを特徴とする。
Further, the method for manufacturing a photonic crystal according to claim 6 is the method for manufacturing a photonic crystal according to claim 4 or 5, wherein the fine processing method is an atomic force microscope (AFM) fine processing method. Scanning tunnel microscope (S
(TM) a fine processing method.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る実施形態について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0013】図1は、本発明に係る一実施形態であるフ
ォトニック結晶で生成された光導波路の構造を示す一部
破断斜視図であり、図2乃至図4は図1のフォトニック
結晶の光導波路の製造工程を示す断面図である。この実
施形態のフォトニック結晶で生成された光導波路は、図
2乃至図4に示すように、単結晶基板であるGaAs半
導体基板10上にMOCVD法により半導体層であるG
aAsバッファ層11を形成した後、原子間力顕微鏡
(AFM)微細加工法を用いて上記バッファ層11を互
いに所定の間隔をあけて周期的に酸化することにより微
細な酸化物マスク11aを形成し、周期的な酸化物マス
ク11aが形成されたバッファ層11上に、MOCVD
法を用いて、光導波路を形成するためのクラッド層1
2、コア層13及びクラッド層14を含む薄膜材料層を
形成することにより、酸化物マスク11aが形成された
部位には当該薄膜材料層12,13,14を形成しない
一方、酸化物マスク11aが形成されていない部位には
当該薄膜材料層12,13,14を形成してなることを
特徴としている。
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing a structure of an optical waveguide formed of a photonic crystal according to an embodiment of the present invention. FIGS. 2 to 4 are views of the photonic crystal of FIG. It is sectional drawing which shows the manufacturing process of an optical waveguide. As shown in FIG. 2 to FIG. 4, an optical waveguide formed by the photonic crystal of this embodiment is formed on a GaAs semiconductor substrate 10 which is a single crystal substrate by a MOCVD method.
After forming the aAs buffer layer 11, a fine oxide mask 11a is formed by periodically oxidizing the buffer layer 11 at predetermined intervals using an atomic force microscope (AFM) fine processing method. MOCVD is performed on the buffer layer 11 on which the periodic oxide mask 11a is formed.
Layer 1 for forming an optical waveguide by using the
2. By forming the thin film material layer including the core layer 13 and the cladding layer 14, the thin film material layers 12, 13, and 14 are not formed in the portion where the oxide mask 11a is formed, while the oxide mask 11a is formed. It is characterized in that the thin film material layers 12, 13, and 14 are formed in portions where they are not formed.

【0014】発光源である半導体レーザは、単結晶半導
体基板上に、有機金属化学的気相成長法(以下、MOC
VD法という。)、分子線成長法(以下、MBE法とい
う。)又は有機金属分子線成長法(以下、MOMBE法
という。)を用いて、種々の機能を有する単結晶を形成
(単結晶成長)させることで作製される。これは基板が
単結晶材料であるため、この上に作製される薄膜が基板
の結晶性を反映し、一定の条件下で単結晶成長すること
を利用している。一方、本実施形態では、基板上に他の
材料で覆うことで、部分的に成長を抑制し、いわゆる選
択成長させることが可能であり、この性質を利用して、
微細な単結晶を作製しフォトニック結晶を作製すること
が可能となる。このフォトニック結晶内では、フォトニ
ックバンドを有する部分にのみ光(光波)が存在(導
波)することが可能となる。すなわち、発光素子の作製
と同時に作り込んだフォトニックバンド構造により、レ
ーザ素子の反射鏡や光導波路の作製が可能となる。
A semiconductor laser, which is a light emitting source, is formed on a single crystal semiconductor substrate by metal organic chemical vapor deposition (hereinafter referred to as MOC).
It is called VD method. ), A single crystal having various functions is formed (single crystal growth) using a molecular beam growth method (hereinafter, referred to as MBE method) or an organometallic molecular beam growth method (hereinafter, referred to as MOMBE method). It is made. This utilizes the fact that a thin film formed on the substrate reflects the crystallinity of the substrate and grows under a certain condition because the substrate is a single crystal material. On the other hand, in the present embodiment, by covering the substrate with another material, it is possible to partially suppress the growth and perform so-called selective growth.
It becomes possible to produce a photonic crystal by producing a fine single crystal. In this photonic crystal, light (light wave) can be present (guided) only in a portion having a photonic band. That is, the photonic band structure formed simultaneously with the production of the light emitting element enables the production of the reflector and the optical waveguide of the laser element.

【0015】[0015]

【実施例】実施例として、本実施形態のフォトニック結
晶で生成された光導波路の製造方法を図1乃至図5を参
照して以下に説明する。ここで、単結晶半導体基板とし
て、おもて表面が面方位(1,0,0)を有するGaA
s半導体基板10を用いた。まず、厚さ400μmの半
導体基板10のおもて表面を、有機溶媒及び酸性溶液に
より洗浄した後、図2に示すように、MOCVD法によ
り発光素子作製に必要な結晶成長を行った。ここで、結
晶成長法としてはMOCVD法に限らず、MBE法、気
相エピタキシャル法(以下、VPE法という。)、液相
エピタキシャル法(以下、LPE法という。)なども可
能である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As an example, a method for manufacturing an optical waveguide made of a photonic crystal according to the present embodiment will be described below with reference to FIGS. Here, as a single crystal semiconductor substrate, GaAs whose front surface has a plane orientation (1, 0, 0)
An s semiconductor substrate 10 was used. First, the front surface of the semiconductor substrate 10 having a thickness of 400 μm was washed with an organic solvent and an acidic solution, and then, as shown in FIG. 2, crystal growth required for manufacturing a light emitting element was performed by MOCVD. Here, the crystal growth method is not limited to the MOCVD method, but may be an MBE method, a vapor phase epitaxial method (hereinafter, referred to as VPE method), a liquid phase epitaxial method (hereinafter, referred to as LPE method), or the like.

【0016】図2において、まず、半導体基板10上
に、良好な結晶成長を行うために、原子間力顕微鏡(A
FM)微細加工法(又は、AFMリソグラフィ法ともい
う。)で酸化物マスク11aを形成するための半導体層
である、厚さ200nmのGaAsにてなるバッファ層
11を成長した。
Referring to FIG. 2, an atomic force microscope (A) is used to perform good crystal growth on a semiconductor substrate 10.
FM) A 200-nm-thick GaAs buffer layer 11, which is a semiconductor layer for forming the oxide mask 11a, was grown by a fine processing method (or also referred to as an AFM lithography method).

【0017】次いで、フォトニック結晶を形成する部分
に、公知の原子間力顕微鏡(AFM)微細加工法を用い
て、GaxyやAsx y にてなる厚さ8nmの微細
な酸化物マスク11aを、互いに隣接する酸化物マスク
11aの中心間の距離が、導波路で導波する光の1/2
波長となるように形成した。この形成方法は、例えば、
従来技術文献2「M. Ishii et al,”Control of Curren
t in 2DEG Channel byOxide Wire Formed Using AFM”,
Japan Journal of Physics, Vol.34,pp.1329-1331,Part
1,No.2B,1995年2月」に開示され、図5に図示されてい
るように、AFMのカンチレバー20の先端を半導体層
であるバッファ層11に接触させ、カンチレバー20と
半導体基板10間に可変電圧直流電源30から所定の直
流電界を印加しながら、カンチレバー20を例えば10
0の方向で移動させることにより、半導体基板10に流
れ込んだ電流と空気中の水蒸気との反応によって、陽極
酸化反応を起こし、GaAs酸化物の酸化物マスク11
aを形成する方法である。作製した酸化物マスク11a
の形状は、例えば、従来技術文献3「Yasufumi Fujiwar
a et al,”Fabrication of Two-Dimensional InP Photo
nic Band-Gap Crystals by Reactive Ion Etching with
Inductively Coupled Plasma”Japan Journal of Phys
ics, Vol.36,pp.7763-7768,Part1,No.12B,1997年12月」
に開示されている。
Next, a fine 8 nm-thick film made of Ga x O y or As x ' O y ' is formed on the portion where the photonic crystal is to be formed by using a known atomic force microscope (AFM) fine processing method. The distance between the centers of the adjacent oxide masks 11a is の of the light guided by the waveguide.
It was formed to have a wavelength. This forming method is, for example,
Prior Art Document 2 “M. Ishii et al,” Control of Curren
t in 2DEG Channel byOxide Wire Formed Using AFM ”,
Japan Journal of Physics, Vol.34, pp.1329-1331, Part
1, No. 2B, February 1995 ", as shown in FIG. 5, the tip of the cantilever 20 of the AFM is brought into contact with the buffer layer 11 which is a semiconductor layer, and the gap between the cantilever 20 and the semiconductor substrate 10 is formed. While applying a predetermined DC electric field from the variable voltage DC power supply 30 to the
By moving in the direction of 0, an anodizing reaction is caused by a reaction between the current flowing into the semiconductor substrate 10 and water vapor in the air, and the GaAs oxide mask 11 is formed.
This is a method for forming a. The prepared oxide mask 11a
Is described in, for example, prior art document 3 “Yasufumi Fujiwar
a et al, ”Fabrication of Two-Dimensional InP Photo
nic Band-Gap Crystals by Reactive Ion Etching with
Inductively Coupled Plasma ”Japan Journal of Phys
ics, Vol.36, pp.7763-7768, Part1, No.12B, December 1997 ''
Is disclosed.

【0018】AFM微細加工法を用いた酸化処理におい
ては、原子間力顕微鏡(AFM)のカンチレバー20を
化学反応を生じさせる超微小な電極として用い、ナノス
ケールの微小酸化細線を形成することができる。ここ
で、AFMのカンチレバーに正の直流バイアス電圧を印
加しかつ基板に負の直流バイアス電圧を印加すると、カ
ンチレバー20と、大気中の水分が吸着した半導体基板
10の表面間にはトンネル電流と、水を介したファラデ
ー(Faraday)電流が流れ、酸化反応が生じる。この反
応を利用して探針直下のみの基板を酸化させ微小酸化細
線を形成することができる。この微小酸化細線は、電子
に対してエネルギーバリアとして働くため、電子デバイ
スを形成できる。本実施形態では、酸化された部分は母
体となるGaAsとは異なる屈折率をもつ材料(酸化物
マスク11a)に変化するため、酸化物マスク11aを
2次元的に周期的に所定の間隔だけ離れて形成すること
ができる。本実施形態において、酸化物マスク11aの
平面の形状は円形であるが、本発明はこれに限らず、六
角形状など多角形状であってもよい。
In the oxidation treatment using the AFM microfabrication method, the cantilever 20 of an atomic force microscope (AFM) is used as an ultra-fine electrode for causing a chemical reaction to form a nanoscale fine oxide fine line. it can. Here, when a positive DC bias voltage is applied to the cantilever of the AFM and a negative DC bias voltage is applied to the substrate, a tunnel current flows between the cantilever 20 and the surface of the semiconductor substrate 10 to which moisture in the air has been adsorbed. Faraday current flows through water, causing an oxidation reaction. By utilizing this reaction, the substrate just under the probe can be oxidized to form a fine oxide thin line. Since the fine oxide wires function as an energy barrier for electrons, an electronic device can be formed. In the present embodiment, the oxidized portion changes to a material (oxide mask 11a) having a different refractive index from that of the base GaAs, so that the oxide mask 11a is two-dimensionally and periodically separated by a predetermined interval. Can be formed. In the present embodiment, the planar shape of the oxide mask 11a is circular, but the present invention is not limited to this, and may be a polygonal shape such as a hexagonal shape.

【0019】上記の酸化物マスク11aの形成後、引き
続きMOCVD法により以下の薄膜材料層12,13,
14の結晶成長を行った。図4に示すように、まず、半
導体基板10に対して、すなわち、半導体基板10の厚
さ方向にその上側で光を閉じ込めるために、厚さ500
nmのAl0.5Ga0.5Asにてなるクラッド層12を成
長した。次いで、導波路のコア部として、厚さ300n
mのAlAsにてなるコア層13を形成した後、半導体
基板10の基板表面に対して垂直な方向である図上下方
向で、光信号を閉じ込めるために、厚さ500nmのA
0.5Ga0.5Asにてなるクラッド層14を成長した。
ここで、従来技術文献4「K. Shiralagiet al,”GaAs M
ESFET Fabrication Without Using Photoresist”,IEEE
Electron Device Letters, Vol.19, No.2,1998年2月」
に開示されているように、GaAs酸化物である酸化物
マスク11a上には結晶成長が行われず、酸化物マスク
11aの無い部分にのみ選択的に結晶成長が行われる。
以上の製造工程により、図4に示すように、酸化物マス
ク11aが形成された部分で空気又は誘電体となる光導
波路が形成される。すなわち、光の1/2波長周期で、
2種類以上の誘電体又は空気及び半導体が交互に繰り返
すように形成された2次元的な周期構造を有するフォト
ニック結晶を形成することができる。
After the formation of the oxide mask 11a, the following thin film material layers 12, 13, and
14 were grown. As shown in FIG. 4, first, in order to confine light to the semiconductor substrate 10, that is, on the upper side in the thickness direction of the semiconductor substrate 10, the thickness 500
A cladding layer 12 of Al 0.5 Ga 0.5 As with a thickness of nm was grown. Next, as the core of the waveguide, a thickness of 300 n
After the core layer 13 made of AlAs of m is formed, an A layer having a thickness of 500 nm is formed in order to confine an optical signal in a vertical direction in the drawing, which is a direction perpendicular to the substrate surface of the semiconductor substrate 10.
A cladding layer 14 of l 0.5 Ga 0.5 As was grown.
Here, prior art document 4 “K. Shiralagi et al,” GaAs M
ESFET Fabrication Without Using Photoresist ”, IEEE
Electron Device Letters, Vol.19, No.2, February 1998 ''
As described in the above, crystal growth is not performed on the oxide mask 11a which is a GaAs oxide, and crystal growth is selectively performed only on a portion where the oxide mask 11a is not provided.
Through the above manufacturing steps, as shown in FIG. 4, an optical waveguide to be air or a dielectric is formed at the portion where the oxide mask 11a is formed. That is, at a half wavelength period of light,
A photonic crystal having a two-dimensional periodic structure formed by alternately repeating two or more kinds of dielectrics or air and a semiconductor can be formed.

【0020】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、単結晶基板であるGaAs半導体基板10上にMO
CVD法により半導体層であるGaAsバッファ層11
を形成した後、原子間力顕微鏡(AFM)微細加工法を
用いて上記バッファ層11を互いに所定の間隔をあけて
周期的に酸化することにより微細な酸化物マスク11a
を形成し、周期的な酸化物マスク11aが形成されたバ
ッファ層11上に、MOCVD法を用いて、光導波路を
形成するためのクラッド層12、コア層13及びクラッ
ド層14を含む薄膜材料層を形成することにより、酸化
物マスク11aが形成された部位には当該薄膜材料層1
2,13,14を形成しない一方、酸化物マスク11a
が形成されていない部位には当該薄膜材料層12,1
3,14を形成してなる。
As described above, according to the present embodiment, the MOGaAs is formed on the GaAs semiconductor substrate 10 which is a single crystal substrate.
GaAs buffer layer 11 as a semiconductor layer by CVD
Is formed, the buffer layer 11 is periodically oxidized at a predetermined interval from each other by using an atomic force microscope (AFM) fine processing method, thereby forming a fine oxide mask 11a.
And a thin film material layer including a cladding layer 12, a core layer 13, and a cladding layer 14 for forming an optical waveguide by MOCVD on the buffer layer 11 on which the periodic oxide mask 11a is formed. Is formed, the thin film material layer 1 is formed at the portion where the oxide mask 11a is formed.
The oxide mask 11a is not formed while no 2, 13, 14 are formed.
Are not formed in the thin film material layers 12, 1
3 and 14 are formed.

【0021】従って、従来困難であったサブミクロン構
造を、損傷無く作製することが可能となり、高品質なフ
ォトニック結晶を形成することができる。また、光通信
分野で用いられる半導体レーザや、半導体光検出器の作
製プロセスに原子間力顕微鏡(AFM)微細加工法によ
る工程を組み込むことで、同時にフォトニック結晶の形
成が可能となるため、半導体レーザの反射ミラーや、光
部品が集積された光回路の導波路を同時に作製すること
が可能となる。これにより、光集積回路の集積化がより
一層容易になり、部品コストや組立コストを大幅に軽減
することができる。
Therefore, it is possible to manufacture a submicron structure, which has been difficult in the past, without damage, and a high-quality photonic crystal can be formed. In addition, by incorporating a process using an atomic force microscope (AFM) microfabrication method into a manufacturing process of a semiconductor laser or a semiconductor photodetector used in an optical communication field, a photonic crystal can be formed at the same time. It is possible to simultaneously manufacture a laser reflection mirror and a waveguide of an optical circuit in which optical components are integrated. As a result, integration of the optical integrated circuit is further facilitated, and component costs and assembly costs can be significantly reduced.

【0022】<変形例>以上の実施形態では、GaAs
にてなる半導体基板10を用いているが、本発明はこれ
に限らず、例えば、発光素子や受光素子など光学用素子
作製に用いられる、InP半導体基板、SiC基板、S
i基板を用いてもよい。
<Modification> In the above embodiment, GaAs
Although the present invention is not limited to this, the present invention is not limited to this. For example, an InP semiconductor substrate, a SiC substrate,
An i-substrate may be used.

【0023】以上の実施形態では、原子間力顕微鏡(A
FM)微細加工法を用いてフォトニック結晶を形成して
いるが、本発明はこれに限らず、走査型トンネル顕微鏡
(STM)の探針を用いて、走査型トンネル顕微鏡(S
TM)微細加工法を用いてフォトニック結晶を形成して
もよい。
In the above embodiment, the atomic force microscope (A
Although the photonic crystal is formed by using the FM) microfabrication method, the present invention is not limited to this, and the scanning tunneling microscope (STM) may be formed using a probe of a scanning tunneling microscope (STM).
TM) The photonic crystal may be formed by using a fine processing method.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係るフォト
ニック結晶とその製造方法によれば、単結晶基板上に半
導体層を形成した後、所定の微細加工法を用いて上記半
導体層を互いに所定の間隔をあけて周期的に酸化するこ
とにより微細な酸化物マスクを形成し、周期的な酸化物
マスクが形成された半導体層上に、所定の結晶成長法を
用いて所定の薄膜材料層を形成することにより、酸化物
マスクが形成された部位には当該薄膜材料層を形成しな
い一方、酸化物マスクが形成されていない部位には当該
薄膜材料層を形成してなる。
As described in detail above, according to the photonic crystal and the method for manufacturing the same according to the present invention, after forming a semiconductor layer on a single crystal substrate, the semiconductor layer is formed by a predetermined fine processing method. A fine oxide mask is formed by periodically oxidizing at a predetermined interval from each other, and a predetermined thin film material is formed on the semiconductor layer on which the periodic oxide mask is formed by using a predetermined crystal growth method. By forming the layer, the thin film material layer is not formed on the portion where the oxide mask is formed, while the thin film material layer is formed on the portion where the oxide mask is not formed.

【0025】従って、本発明によれば、従来困難であっ
たサブミクロン構造を、損傷無く作製することが可能と
なり、高品質なフォトニック結晶を形成することができ
る。また、光通信分野で用いられる半導体レーザや、半
導体光検出器の作製プロセスに原子間力顕微鏡(AF
M)微細加工法等の微細加工法による工程を組み込むこ
とで、同時にフォトニック結晶の形成が可能となるた
め、半導体レーザの反射ミラーや、光部品が集積された
光回路の導波路を同時に作製することが可能となる。こ
れにより、光集積回路の集積化がより一層容易になり、
部品コストや組立コストを大幅に軽減することができ
る。
Therefore, according to the present invention, a submicron structure, which has been conventionally difficult, can be manufactured without damage, and a high-quality photonic crystal can be formed. In addition, an atomic force microscope (AF) is used in the manufacturing process of semiconductor lasers and semiconductor photodetectors used in the optical communication field.
M) A photonic crystal can be formed at the same time by incorporating a process using a microfabrication method such as a microfabrication method. Therefore, a reflecting mirror of a semiconductor laser and a waveguide of an optical circuit in which optical components are integrated are simultaneously produced. It is possible to do. This makes it easier to integrate the optical integrated circuit,
Parts costs and assembly costs can be greatly reduced.

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

【図1】 本発明に係る一実施形態であるフォトニック
結晶で生成された光導波路の構造を示す一部破断斜視図
である。
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing a structure of an optical waveguide made of a photonic crystal according to an embodiment of the present invention.

【図2】 図1のフォトニック結晶の光導波路の製造工
程のうちの第1の工程を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a first step of a step of manufacturing the optical waveguide of the photonic crystal in FIG.

【図3】 図1のフォトニック結晶の光導波路の製造工
程のうちの第2の工程を示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a second step in the manufacturing steps of the optical waveguide of the photonic crystal in FIG. 1;

【図4】 図1のフォトニック結晶の光導波路の製造工
程のうちの第3の工程を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a third step of the step of manufacturing the optical waveguide of the photonic crystal in FIG. 1;

【図5】 図3の第2の工程における原子間力顕微鏡
(AFM)微細加工法を用いた酸化物マスク11aの製
造方法を示す斜視図である。
5 is a perspective view showing a method of manufacturing an oxide mask 11a using an atomic force microscope (AFM) fine processing method in a second step of FIG. 3;

【符号の説明】 10…半導体基板、 11…バッファ層、 11a…酸化物マスク、 12…クラッド層、 13…コア層、 14…クラッド層、 20…カンチレバー、 30…可変電圧直流電源。DESCRIPTION OF SYMBOLS 10: semiconductor substrate, 11: buffer layer, 11a: oxide mask, 12: clad layer, 13: core layer, 14: clad layer, 20: cantilever, 30: variable voltage DC power supply.

フロントページの続き (72)発明者 堂本 千秋 京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷5 番地 株式会社エイ・ティ・アール環境適 応通信研究所内 (72)発明者 和田 一実 アメリカ合衆国02173マサチューセッツ州 レクシングトン、ウィンチェスター・ドラ イブ26番 (72)発明者 坂田 成司 京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷5 番地 株式会社エイ・ティ・アール環境適 応通信研究所内 (72)発明者 江上 典文 京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷5 番地 株式会社エイ・ティ・アール環境適 応通信研究所内 Fターム(参考) 2H047 PA06 PA24 QA02 TA05 5F073 CA04 DA05 DA35 Continuing on the front page (72) Inventor Chiaki Domoto 5 Sanraya, Daiya, Seika-cho, Soraku-cho, Kyoto Pref. ATIR Co., Ltd. Environmentally Friendly Communication Laboratory (72) Inventor Kazumi Wada Lexington, MA 02173 United States 02173 No. 26, Winchester Drive (72) Inventor Seiji Sakata 5th Sanraya, Inaya, Seika-cho, Soraku-gun, Kyoto Pref. ATI Research Institute for Environmentally Friendly Communication (72) Inventor Norifumi Egami Kyoto 5F, Sanraya, Seiya-cho, Seika-cho, Soraku-gun, F-term (reference) 2A047 PA06 PA24 QA02 TA05 5F073 CA04 DA05 DA35

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 単結晶基板上に半導体層を形成した後、
所定の微細加工法を用いて上記半導体層を互いに所定の
間隔をあけて周期的に酸化することにより微細な酸化物
マスクを形成し、周期的な酸化物マスクが形成された半
導体層上に、所定の結晶成長法を用いて所定の薄膜材料
層を形成することにより、酸化物マスクが形成された部
位には当該薄膜材料層を形成しない一方、酸化物マスク
が形成されていない部位には当該薄膜材料層を形成して
なることを特徴とするフォトニック結晶。
After forming a semiconductor layer on a single crystal substrate,
Forming a fine oxide mask by periodically oxidizing the semiconductor layer at a predetermined interval from each other using a predetermined fine processing method, on the semiconductor layer on which the periodic oxide mask is formed, By forming a predetermined thin film material layer using a predetermined crystal growth method, the thin film material layer is not formed on the portion where the oxide mask is formed, while the thin film material layer is not formed on the portion where the oxide mask is not formed. A photonic crystal formed by forming a thin film material layer.
【請求項2】 請求項1記載のフォトニック結晶におい
て、 上記単結晶基板は、GaAs半導体基板、InP半導体
基板、SiC基板又はSi基板であることを特徴とする
フォトニック結晶。
2. The photonic crystal according to claim 1, wherein the single crystal substrate is a GaAs semiconductor substrate, an InP semiconductor substrate, a SiC substrate, or a Si substrate.
【請求項3】 請求項1又は2記載のフォトニック結晶
において、 上記微細加工法は、原子間力顕微鏡(AFM)微細加工
法又は走査型トンネル顕微鏡(STM)微細加工法であ
ることを特徴とするフォトニック結晶。
3. The photonic crystal according to claim 1, wherein the fine processing method is an atomic force microscope (AFM) fine processing method or a scanning tunneling microscope (STM) fine processing method. Photonic crystal.
【請求項4】 単結晶基板上に半導体層を形成すること
と、 所定の微細加工法を用いて上記半導体層を互いに所定の
間隔をあけて周期的に酸化することにより微細な酸化物
マスクを形成することと、 周期的な酸化物マスクが形成された半導体層上に、所定
の結晶成長法を用いて所定の薄膜材料層を形成すること
により、酸化物マスクが形成された部位には当該薄膜材
料層を形成しない一方、酸化物マスクが形成されていな
い部位には当該薄膜材料層を形成することとを含むこと
を特徴とするフォトニック結晶の製造方法。
4. A fine oxide mask is formed by forming a semiconductor layer on a single crystal substrate and periodically oxidizing the semiconductor layers at predetermined intervals with a predetermined fine processing method. And forming a predetermined thin film material layer on the semiconductor layer on which the periodic oxide mask is formed by using a predetermined crystal growth method. Forming a thin film material layer at a portion where an oxide mask is not formed, while not forming a thin film material layer.
【請求項5】 請求項4記載のフォトニック結晶の製造
方法において、 上記単結晶基板は、GaAs半導体基板、InP半導体
基板、SiC基板又はSi基板であることを特徴とする
フォトニック結晶の製造方法。
5. The method for manufacturing a photonic crystal according to claim 4, wherein the single crystal substrate is a GaAs semiconductor substrate, an InP semiconductor substrate, a SiC substrate, or a Si substrate. .
【請求項6】 請求項4又は5記載のフォトニック結晶
の製造方法において、 上記微細加工法は、原子間力顕微鏡(AFM)微細加工
法又は走査型トンネル顕微鏡(STM)微細加工法であ
ることを特徴とするフォトニック結晶の製造方法。
6. The method for manufacturing a photonic crystal according to claim 4, wherein the fine processing method is an atomic force microscope (AFM) fine processing method or a scanning tunneling microscope (STM) fine processing method. A method for producing a photonic crystal, comprising:
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