JP2001108950A - 半導体光スイッチの製造方法 - Google Patents
半導体光スイッチの製造方法Info
- Publication number
- JP2001108950A JP2001108950A JP28843299A JP28843299A JP2001108950A JP 2001108950 A JP2001108950 A JP 2001108950A JP 28843299 A JP28843299 A JP 28843299A JP 28843299 A JP28843299 A JP 28843299A JP 2001108950 A JP2001108950 A JP 2001108950A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- quantum well
- multiple quantum
- well structure
- waveguide
- optical switch
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 多重量子井戸構造におけるサブバンド間吸収
を十分大きくすることができ、光スイッチとしての動作
の安定化及び確実化をはかる。 【解決手段】 サブバンド間遷移によって近赤外域で光
吸収を起こす窒化物半導体の多重量子井戸構造を有する
ＧａＮ導波路を形成した半導体光スイッチであって、導
波路は、サファイア基板３１上に、厚さ２μｍのＧａＮ
層３２，井戸数５０の第１の多重量子井戸構造３３，厚
さ０．７μｍのＧａＮ層３４，井戸数５０の第２の多重
量子井戸構造３５，厚さ０．７μｍのＧａＮ層３６，井
戸数５０の第３の多重量子井戸構造３７，厚さ２μｍの
ＧａＮ層３８を順次積層して構成されている。
を十分大きくすることができ、光スイッチとしての動作
の安定化及び確実化をはかる。 【解決手段】 サブバンド間遷移によって近赤外域で光
吸収を起こす窒化物半導体の多重量子井戸構造を有する
ＧａＮ導波路を形成した半導体光スイッチであって、導
波路は、サファイア基板３１上に、厚さ２μｍのＧａＮ
層３２，井戸数５０の第１の多重量子井戸構造３３，厚
さ０．７μｍのＧａＮ層３４，井戸数５０の第２の多重
量子井戸構造３５，厚さ０．７μｍのＧａＮ層３６，井
戸数５０の第３の多重量子井戸構造３７，厚さ２μｍの
ＧａＮ層３８を順次積層して構成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体光スイッチ
に係わり、特にサブバンド間遷移に伴う光吸収を利用し
た半導体光スイッチ及びその製造方法に関する。
に係わり、特にサブバンド間遷移に伴う光吸収を利用し
た半導体光スイッチ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体レーザ，低損失光ファイ
バ，光ファイバ増幅器，高速集積回路などのオプトエレ
クトロニクス関連技術の発展により、毎秒１０ギガビッ
トという大量の情報を長距離伝送することが可能となっ
ている。しかし、来るべきマルチメディア時代において
は、一般の末端利用者も高精細映像情報などの大量の情
報をリアルタイムで利用できることになるので、さらに
大容量の情報を伝送，処理できるインフラストラクチャ
の構築が必要になる。
バ，光ファイバ増幅器，高速集積回路などのオプトエレ
クトロニクス関連技術の発展により、毎秒１０ギガビッ
トという大量の情報を長距離伝送することが可能となっ
ている。しかし、来るべきマルチメディア時代において
は、一般の末端利用者も高精細映像情報などの大量の情
報をリアルタイムで利用できることになるので、さらに
大容量の情報を伝送，処理できるインフラストラクチャ
の構築が必要になる。
【０００３】光ファイバの広帯域性を生かして大容量の
情報伝送，処理を行うには、光周波数多重（光ＦＤＭ）
技術や光時分割多重（光ＴＤＭ）技術を用いるのが妥当
と考えられる。そこで、大規模で効率的な光ＦＤＭネッ
トワークや光ＴＤＭネットワークの実現に向けて、コン
パクトで高効率の波長変換素子，光制御型の超高速非線
形光スイッチなどの、新しい機能を有する光素子を開発
することが急務となっている。
情報伝送，処理を行うには、光周波数多重（光ＦＤＭ）
技術や光時分割多重（光ＴＤＭ）技術を用いるのが妥当
と考えられる。そこで、大規模で効率的な光ＦＤＭネッ
トワークや光ＴＤＭネットワークの実現に向けて、コン
パクトで高効率の波長変換素子，光制御型の超高速非線
形光スイッチなどの、新しい機能を有する光素子を開発
することが急務となっている。
【０００４】このような素子として、電子のサブバンド
間遷移に伴う光吸収を応用した非線形光デバイスが考え
られる。サブバンド間吸収を利用することにより、応答
速度を速く、且つ非線形性を大きくすることができる。
間遷移に伴う光吸収を応用した非線形光デバイスが考え
られる。サブバンド間吸収を利用することにより、応答
速度を速く、且つ非線形性を大きくすることができる。
【０００５】このサブバンド間吸収層は、光通信で用い
られる近赤外域（１．５５μｍ付近）の波長で動作する
必要がある。サブバンド間吸収については、ＩｎＰ基板
上に形成したＩｎＧａＡｓ／ＡｌＡｓ量子井戸層を用い
てこの波長での吸収が報告されている（J.H.Smet et a
l., Appl.Phys.Lett., Vol.64, pp986-987(1994)）。し
かしながら、この材料系の場合、サブバンド間の緩和時
間が数ｐｓと比較的長く、将来的に要求されるであろう
Ｔｂ／ｓの信号に対応することは不可能である。そこ
で、緩和時間が約１００ｆｓと理論的に予測されている
ＧａＮ系半導体を用いて量子井戸を形成する必要があ
る。
られる近赤外域（１．５５μｍ付近）の波長で動作する
必要がある。サブバンド間吸収については、ＩｎＰ基板
上に形成したＩｎＧａＡｓ／ＡｌＡｓ量子井戸層を用い
てこの波長での吸収が報告されている（J.H.Smet et a
l., Appl.Phys.Lett., Vol.64, pp986-987(1994)）。し
かしながら、この材料系の場合、サブバンド間の緩和時
間が数ｐｓと比較的長く、将来的に要求されるであろう
Ｔｂ／ｓの信号に対応することは不可能である。そこ
で、緩和時間が約１００ｆｓと理論的に予測されている
ＧａＮ系半導体を用いて量子井戸を形成する必要があ
る。
【０００６】半導体光スイッチの基本的な構造は、図６
（ａ）に全体構成の平面図を、（ｂ）に要部構成の断面
図を示すように、サファイア基板１上にＧａＮ導波路２
を形成し、その上に多重量子井戸構造３を形成したもの
となっており、多重量子井戸構造３は導波路２の直上に
配置されている。
（ａ）に全体構成の平面図を、（ｂ）に要部構成の断面
図を示すように、サファイア基板１上にＧａＮ導波路２
を形成し、その上に多重量子井戸構造３を形成したもの
となっており、多重量子井戸構造３は導波路２の直上に
配置されている。
【０００７】図７は、光がこの導波路を伝播する際の光
強度分布の様子を示す。導波路２内には基本モードが立
ち、光の強度は中心部分が最も強く、中心から外れるに
伴って強度は減少していき、多重量子井戸構造３の部分
では僅か１０％程度の光しか入らないことか分かる。そ
のために、サブバンド間吸収の量も少なくなってしま
う。また、応答速度が速くなるに伴ってサブバンド間吸
収は小さくなる傾向があり、光スイッチが動作するのに
必要な吸収量を得ることは難しい。
強度分布の様子を示す。導波路２内には基本モードが立
ち、光の強度は中心部分が最も強く、中心から外れるに
伴って強度は減少していき、多重量子井戸構造３の部分
では僅か１０％程度の光しか入らないことか分かる。そ
のために、サブバンド間吸収の量も少なくなってしま
う。また、応答速度が速くなるに伴ってサブバンド間吸
収は小さくなる傾向があり、光スイッチが動作するのに
必要な吸収量を得ることは難しい。
【０００８】多重量子井戸構造の井戸数を増やせば吸収
は増加するが、ＧａＮとＡｌＧａＮの格子定数差が大き
いために結晶成長は難しい。特に、サブバンド間吸収波
長を１．５５μｍにするにはＡ１ＧａＮのＡ１組成を大
きくする必要があり、Ａｌ組成０．８５の場合では井戸
数を１００にするとクラックが多発し、サブバンド間吸
収は起こらなくなってしまうことが、本発明者らの実験
により分かっている。
は増加するが、ＧａＮとＡｌＧａＮの格子定数差が大き
いために結晶成長は難しい。特に、サブバンド間吸収波
長を１．５５μｍにするにはＡ１ＧａＮのＡ１組成を大
きくする必要があり、Ａｌ組成０．８５の場合では井戸
数を１００にするとクラックが多発し、サブバンド間吸
収は起こらなくなってしまうことが、本発明者らの実験
により分かっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の半
導体光スイッチの構造では、多重量子井戸構造に十分な
光が入らないために、光スイッチが動作するのに必要な
量のサブバンド間吸収が得られないという問題があっ
た。また、サブバンド間吸収を増加させるために多重量
子井戸構造における井戸数を増やそうとしても、Ａｌ組
成の高いＡｌＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸構造の井戸数
を増やすことは結晶成長上困難であった。
導体光スイッチの構造では、多重量子井戸構造に十分な
光が入らないために、光スイッチが動作するのに必要な
量のサブバンド間吸収が得られないという問題があっ
た。また、サブバンド間吸収を増加させるために多重量
子井戸構造における井戸数を増やそうとしても、Ａｌ組
成の高いＡｌＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸構造の井戸数
を増やすことは結晶成長上困難であった。
【００１０】本発明は、上記事情を考慮して成されたも
ので、その目的とするところは、多重量子井戸構造に十
分な光が入り、スイッチ動作に必要な多量のサブバンド
間吸収が得られる構造を持つ半導体光スイッチを提供す
ることにある。
ので、その目的とするところは、多重量子井戸構造に十
分な光が入り、スイッチ動作に必要な多量のサブバンド
間吸収が得られる構造を持つ半導体光スイッチを提供す
ることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】（構成）上記課題を解決
するために本発明は次のような構成を採用している。
するために本発明は次のような構成を採用している。
【００１２】即ち本発明は、単結晶基板上に、サブバン
ド間遷移によって近赤外域で光吸収を起こす窒化物半導
体の多重量子井戸構造を有するＧａＮ導波路を形成した
半導体光スイッチであって、前記多重量子井戸構造は、
前記ＧａＮ導波路内に複数個形成されていることを特徴
とする。
ド間遷移によって近赤外域で光吸収を起こす窒化物半導
体の多重量子井戸構造を有するＧａＮ導波路を形成した
半導体光スイッチであって、前記多重量子井戸構造は、
前記ＧａＮ導波路内に複数個形成されていることを特徴
とする。
【００１３】また本発明は、半導体光スイッチの製造方
法において、第１の単結晶基板上に、サブバンド間遷移
によって近赤外域で光吸収を起こす窒化物半導体の多重
量子井戸構造を少なくとも１つ有する第１のＧａＮ導波
路を形成する工程と、第２の単結晶基板上に、サブバン
ド間遷移によって近赤外域で光吸収を起こす窒化物半導
体の多重量子井戸構造を少なくとも１つ有する第２のＧ
ａＮ導波路を形成する工程と、第１及び第２のＧａＮ導
波路を直接接着する工程とを含むことを特徴とする。
法において、第１の単結晶基板上に、サブバンド間遷移
によって近赤外域で光吸収を起こす窒化物半導体の多重
量子井戸構造を少なくとも１つ有する第１のＧａＮ導波
路を形成する工程と、第２の単結晶基板上に、サブバン
ド間遷移によって近赤外域で光吸収を起こす窒化物半導
体の多重量子井戸構造を少なくとも１つ有する第２のＧ
ａＮ導波路を形成する工程と、第１及び第２のＧａＮ導
波路を直接接着する工程とを含むことを特徴とする。
【００１４】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものがあげられる。 (1) 多重量子井戸構造は、ＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮ障
壁層を積層したものであること。 (2) 複数個の多重量子井戸構造は、前記ＧａＮ導波路の
半分の高さの面を境に上下対称な位置に配置されている
こと。 (3) 単結晶基板は、サファイア基板であること。
は次のものがあげられる。 (1) 多重量子井戸構造は、ＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮ障
壁層を積層したものであること。 (2) 複数個の多重量子井戸構造は、前記ＧａＮ導波路の
半分の高さの面を境に上下対称な位置に配置されている
こと。 (3) 単結晶基板は、サファイア基板であること。
【００１５】(4) ＧａＮ導波路の直接接着を、多重量子
井戸構造が劣化しない５００℃以下の温度で行うこと。 (5) ＧａＮ導波路の直接接着の際、多重量子井戸構造同
士を接着すること。
井戸構造が劣化しない５００℃以下の温度で行うこと。 (5) ＧａＮ導波路の直接接着の際、多重量子井戸構造同
士を接着すること。
【００１６】（作用）本発明によれば、ＧａＮ導波路内
に複数個の多重量子井戸構造を設けているので、１つの
多重量子井戸構造の井戸数に制限があっても、トータル
としての井戸数を数倍（多重量子井戸構造の個数倍）増
やすことができ、サブバンド間吸収量を十分に大きくす
ること可能となる。また、ＧａＮ導波路の最上層ではな
く、導波路の内部に多重量子井戸構造が埋め込まれるこ
とになるので、これによってもサブバンド間吸収量を増
やすことができる。
に複数個の多重量子井戸構造を設けているので、１つの
多重量子井戸構造の井戸数に制限があっても、トータル
としての井戸数を数倍（多重量子井戸構造の個数倍）増
やすことができ、サブバンド間吸収量を十分に大きくす
ること可能となる。また、ＧａＮ導波路の最上層ではな
く、導波路の内部に多重量子井戸構造が埋め込まれるこ
とになるので、これによってもサブバンド間吸収量を増
やすことができる。
【００１７】また、直接接着技術を用いて２つのＧａＮ
導波路の多重量子井戸構造同士を接着すれば、２つの多
重量子井戸構造が連続形成されることになり、実質的に
１つの多重量子井戸構造の井戸数を２倍にすることがで
きる。
導波路の多重量子井戸構造同士を接着すれば、２つの多
重量子井戸構造が連続形成されることになり、実質的に
１つの多重量子井戸構造の井戸数を２倍にすることがで
きる。
【００１８】
【発明の実施の形態】実施形態を説明する前に、本発明
の基本原理について説明する。
の基本原理について説明する。
【００１９】窒化物半導体からなる量子井戸は、サブバ
ンド間遷移の緩和時間が速いため、次世代の超高速応答
が可能な光スイッチに適している。しかし、応答速度が
速くなるに伴いサブバンド間吸収は小さくなる傾向があ
り、従来の光スイッチの構造では吸収量が不十分であ
る。そこで、導波路内に多重量子井戸構造を形成するこ
とが、高速動作する光スイッチに有効な手段の１つであ
り、本発明はこれを実現するものである。
ンド間遷移の緩和時間が速いため、次世代の超高速応答
が可能な光スイッチに適している。しかし、応答速度が
速くなるに伴いサブバンド間吸収は小さくなる傾向があ
り、従来の光スイッチの構造では吸収量が不十分であ
る。そこで、導波路内に多重量子井戸構造を形成するこ
とが、高速動作する光スイッチに有効な手段の１つであ
り、本発明はこれを実現するものである。
【００２０】また、光通信波長１．５５μｍの付近にサ
ブバンド間吸収を持つ多重量子井戸構造を作製するに
は、ＡｌＧａＮ障壁層のＡｌ組成を高くする必要があ
る。しかし、実際にＡｌ組成を大きくすると、ＧａＮと
の格子定数差が増大するために障壁層の結晶性が悪化
し、量子井戸界面、特にＡｌＧａＮ上のＧａＮとの界面
の平坦性が悪化する。そして、井戸数が１００個を越え
ると結晶の品質が著しく劣化し、サブバンド間遷移が起
こらなくなってしまうという問題があった。
ブバンド間吸収を持つ多重量子井戸構造を作製するに
は、ＡｌＧａＮ障壁層のＡｌ組成を高くする必要があ
る。しかし、実際にＡｌ組成を大きくすると、ＧａＮと
の格子定数差が増大するために障壁層の結晶性が悪化
し、量子井戸界面、特にＡｌＧａＮ上のＧａＮとの界面
の平坦性が悪化する。そして、井戸数が１００個を越え
ると結晶の品質が著しく劣化し、サブバンド間遷移が起
こらなくなってしまうという問題があった。
【００２１】本発明者らの実験によれば、井戸層を１０
０個連続で結晶成長させるよりも、井戸層が５０個の多
重量子井戸構造をＧａＮ層を間に挾んで２つ成長させた
ものの方が、クラックは少なく且つサブバンド間吸収も
大きくなることが分かっている。従って本発明では、井
戸数５０個程度の多重量子井戸構造を複数個並べて全体
の井戸数が１００〜２００個になるようにする構造を採
用した。
０個連続で結晶成長させるよりも、井戸層が５０個の多
重量子井戸構造をＧａＮ層を間に挾んで２つ成長させた
ものの方が、クラックは少なく且つサブバンド間吸収も
大きくなることが分かっている。従って本発明では、井
戸数５０個程度の多重量子井戸構造を複数個並べて全体
の井戸数が１００〜２００個になるようにする構造を採
用した。
【００２２】以下に、本発明の詳細を図示の実施形態に
よって説明する。
よって説明する。
【００２３】（第１の実施形態）図１は、本発明の第１
の実施形態に係わる半導体光スイッチの素子構造を示す
断面図である。
の実施形態に係わる半導体光スイッチの素子構造を示す
断面図である。
【００２４】サファイア基板１１の上に、厚さ２μｍの
ＧａＮ層１２，多重量子井戸構造１３，及び厚さ２μｍ
のＧａＮ層１４が順次積層されている。多重量子井戸構
造１３は、Ｓｉを４×１０10ｃｍ-3ドープした厚さ１．
５ｎｍのＧａＮ井戸層と、Ａｌの組成が０．８５、厚さ
が１．５ｎｍのＡｌＧａＮ障壁層とを５０組積層するこ
とで構成されている。そして、このような結晶成長層が
幅５μｍ、高さ約５μｍの導波路層を形成している。
ＧａＮ層１２，多重量子井戸構造１３，及び厚さ２μｍ
のＧａＮ層１４が順次積層されている。多重量子井戸構
造１３は、Ｓｉを４×１０10ｃｍ-3ドープした厚さ１．
５ｎｍのＧａＮ井戸層と、Ａｌの組成が０．８５、厚さ
が１．５ｎｍのＡｌＧａＮ障壁層とを５０組積層するこ
とで構成されている。そして、このような結晶成長層が
幅５μｍ、高さ約５μｍの導波路層を形成している。
【００２５】本実施形態の光スイッチは、次のようにし
て作製することができる。まず、サファイア基板１１上
に、常圧ＭＯＣＶＤ法によりＴＭＧ（トリメチルガリウ
ム）とアンモニアガスを用いて、下部ＧａＮ層１２を成
長する。
て作製することができる。まず、サファイア基板１１上
に、常圧ＭＯＣＶＤ法によりＴＭＧ（トリメチルガリウ
ム）とアンモニアガスを用いて、下部ＧａＮ層１２を成
長する。
【００２６】次いで、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウ
ム）を加えてＡｌＧａＮ障壁層を成長し、その後ＴＭＡ
を切りＳｉＨ4 を加えて、ＳｉドープのＧａＮ井戸層を
成長する。このサイクルを更に４９回繰り返した後、Ａ
ｌＧａＮ障壁層を成長することにより、井戸数５０の多
重量子井戸構造（ＭＱＷ）１３を形成する。その後、Ｔ
ＭＧとアンモニアガスを用いて上部ＧａＮ層１４を成長
する。
ム）を加えてＡｌＧａＮ障壁層を成長し、その後ＴＭＡ
を切りＳｉＨ4 を加えて、ＳｉドープのＧａＮ井戸層を
成長する。このサイクルを更に４９回繰り返した後、Ａ
ｌＧａＮ障壁層を成長することにより、井戸数５０の多
重量子井戸構造（ＭＱＷ）１３を形成する。その後、Ｔ
ＭＧとアンモニアガスを用いて上部ＧａＮ層１４を成長
する。
【００２７】次いで、このＭＯＣＶＤ成長基板上にＣＶ
Ｄ法にてＳｉＯ2 を堆積し、フォトリソグラフィーによ
り導波路のパターニングを行う。続いて、不要なＳｉＯ
2 を除去した後、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）に
より高さ５μｍの導波路を形成する。そして、残ったＳ
ｉＯ2 を除去することにより、図１の素子構造が完成す
る。
Ｄ法にてＳｉＯ2 を堆積し、フォトリソグラフィーによ
り導波路のパターニングを行う。続いて、不要なＳｉＯ
2 を除去した後、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）に
より高さ５μｍの導波路を形成する。そして、残ったＳ
ｉＯ2 を除去することにより、図１の素子構造が完成す
る。
【００２８】本実施形態では、多重量子井戸構造１３が
導波路の最上層ではなく導波路の内部に形成されている
ので、多重量子井戸構造１３に入る光の量を増やすこと
ができる。従って、サブバンド間吸収の量を増やすこと
ができる、スイッチ動作の安定化をはかることが可能と
なる。但し、本構造では従来素子と同様に、多重量子井
戸構造１３における井戸数を増やすことはできず、この
点に改良の余地が残っている。以下の実施形態では、こ
の点をも改良している。
導波路の最上層ではなく導波路の内部に形成されている
ので、多重量子井戸構造１３に入る光の量を増やすこと
ができる。従って、サブバンド間吸収の量を増やすこと
ができる、スイッチ動作の安定化をはかることが可能と
なる。但し、本構造では従来素子と同様に、多重量子井
戸構造１３における井戸数を増やすことはできず、この
点に改良の余地が残っている。以下の実施形態では、こ
の点をも改良している。
【００２９】（第２の実施形態）図２は、本発明の第２
の実施形態に係わる半導体光スイッチの素子構造及び製
造工程を示す断面図である。なお、図１と同一部分には
同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
の実施形態に係わる半導体光スイッチの素子構造及び製
造工程を示す断面図である。なお、図１と同一部分には
同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【００３０】この実施形態の特徴は、ＭＯＣＶＤ法と直
接接着法を用いて製造することである。まず、図２
（ａ）に示すように、第１の実施形態と同様にＭＯＣＶ
Ｄ法により、サファイア基板上にＧａＮ層と多重量子井
戸構造を順次積層したものを２枚用意する。即ち、サフ
ァイア基板１１上に厚さ２μｍのＧａＮ層１２及び井戸
数５０の多重量子井戸構造１３を順次積層した第１の基
板と、サファイア基板２１上に厚さ２μｍのＧａＮ層２
２及び井戸数５０の多重量子井戸構造２３を順次積層し
た第２の基板を用意する。なお、多重量子井戸構造１
３，２３を構成する井戸層及び障壁層の材料や厚さ等の
条件は、第１の実施形態と全く同様である。
接接着法を用いて製造することである。まず、図２
（ａ）に示すように、第１の実施形態と同様にＭＯＣＶ
Ｄ法により、サファイア基板上にＧａＮ層と多重量子井
戸構造を順次積層したものを２枚用意する。即ち、サフ
ァイア基板１１上に厚さ２μｍのＧａＮ層１２及び井戸
数５０の多重量子井戸構造１３を順次積層した第１の基
板と、サファイア基板２１上に厚さ２μｍのＧａＮ層２
２及び井戸数５０の多重量子井戸構造２３を順次積層し
た第２の基板を用意する。なお、多重量子井戸構造１
３，２３を構成する井戸層及び障壁層の材料や厚さ等の
条件は、第１の実施形態と全く同様である。
【００３１】次いで、第１の実施形態と同様の方法で、
これら２枚の基板に加工を施し、それぞれ導波路構造を
作製した後、メタノールとアルコールで洗浄し、水洗す
る。さらに、ＳＨ処理（ＳＨ4 ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏ＝
３：１：１，８０度，１分間）し、水洗した後、水分が
残っている状態でマスクアライナーに乗せ、位置合わせ
を行いながら、２枚の基板の導波路部分が一致するよう
に貼り合わせる。
これら２枚の基板に加工を施し、それぞれ導波路構造を
作製した後、メタノールとアルコールで洗浄し、水洗す
る。さらに、ＳＨ処理（ＳＨ4 ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏ＝
３：１：１，８０度，１分間）し、水洗した後、水分が
残っている状態でマスクアライナーに乗せ、位置合わせ
を行いながら、２枚の基板の導波路部分が一致するよう
に貼り合わせる。
【００３２】そして、貼り合わされた２枚の基板に１ｋ
ｇ／ｃｍ2 以上の荷重を加えた状態でアニール炉に入
れ、熱処理を行う。この熱処理は、窒素雰囲気中で多重
量子井戸構造の品質が劣化しない温度、例えば５００度
で、３０分間行った。接着は、水素結合若しくは酸素原
子を１原子層介した結合であり、光が伝幡する上で何の
悪影響も及ぼしたりはしない。
ｇ／ｃｍ2 以上の荷重を加えた状態でアニール炉に入
れ、熱処理を行う。この熱処理は、窒素雰囲気中で多重
量子井戸構造の品質が劣化しない温度、例えば５００度
で、３０分間行った。接着は、水素結合若しくは酸素原
子を１原子層介した結合であり、光が伝幡する上で何の
悪影響も及ぼしたりはしない。
【００３３】図２（ｂ）は、このようにして作成された
光スイッチの構造を示し、導波路の中心に位置する多重
量子井戸構造２０（１３，２３）の井戸数は１００個に
なる。基板接着法を用いることで、結晶成長では困難で
あった井戸数１００個の多重量子井戸構造２０を形成す
ることが可能となり、量子井戸構造の品質も良好であ
る。光スイッチを動作させるには、井戸数が１００個以
上必要と考えられ、この実施形態を採用すれば、目標の
井戸数を簡易に達成できる。
光スイッチの構造を示し、導波路の中心に位置する多重
量子井戸構造２０（１３，２３）の井戸数は１００個に
なる。基板接着法を用いることで、結晶成長では困難で
あった井戸数１００個の多重量子井戸構造２０を形成す
ることが可能となり、量子井戸構造の品質も良好であ
る。光スイッチを動作させるには、井戸数が１００個以
上必要と考えられ、この実施形態を採用すれば、目標の
井戸数を簡易に達成できる。
【００３４】このように本実施形態によれば、多重量子
井戸構造を有する２つの導波路を基板直接接着技術によ
り接着することにより、従来困難であった井戸数１００
個の多重量子井戸構造２０を形成することができる。つ
まり、井戸数５０個の２つの多重量子井戸構造１３，２
３を連続配置したものは、井戸数１００個の多重量子井
戸構造２０が１つと見なすことができる。しかも、多重
量子井戸構造２０が導波路の最上層ではなく導波路の内
部に形成されているので、多重量子井戸構造２０に入る
光の量を増やすことができる。従って、サブバンド間吸
収の量を大幅に増やすことができる、スイッチ動作のよ
り一層の安定化をはかることが可能となる。
井戸構造を有する２つの導波路を基板直接接着技術によ
り接着することにより、従来困難であった井戸数１００
個の多重量子井戸構造２０を形成することができる。つ
まり、井戸数５０個の２つの多重量子井戸構造１３，２
３を連続配置したものは、井戸数１００個の多重量子井
戸構造２０が１つと見なすことができる。しかも、多重
量子井戸構造２０が導波路の最上層ではなく導波路の内
部に形成されているので、多重量子井戸構造２０に入る
光の量を増やすことができる。従って、サブバンド間吸
収の量を大幅に増やすことができる、スイッチ動作のよ
り一層の安定化をはかることが可能となる。
【００３５】（第３の実施形態）図３は、本発明の第３
の実施形態に係わる半導体光スイッチの素子構造を示す
断面図である。
の実施形態に係わる半導体光スイッチの素子構造を示す
断面図である。
【００３６】この光スイッチは、井戸数５０の多重量子
井戸構造が、導波路の半分の高さの位置に１個、それか
ら等間隔離れた位置に１個ずつ形成されている。その製
造方法は、基本的には第１の実施形態と同様である。
井戸構造が、導波路の半分の高さの位置に１個、それか
ら等間隔離れた位置に１個ずつ形成されている。その製
造方法は、基本的には第１の実施形態と同様である。
【００３７】サファイア基板３１の上に、厚さ２μｍの
ＧａＮ層３２、井戸数５０の第１多重量子井戸構造３
３、厚さ０．７μｍのＧａＮ層３４、井戸数５０の第２
多重量子井戸構造３５、厚さ０．７μｍのＧａＮ層３
６、井戸数５０の第３多重量子井戸構造３７、厚さ２μ
ｍのＧａＮ層３８が順次積層されている。そして、第１
の実施形態と同様の方法により各層を一部エッチングす
ることにより、導波路構造が作製されている。なお、多
重量子井戸構造３３，３５，３７を構成する井戸層及び
障壁層の材料や厚さ等は、第１の実施形態と全く同様で
ある。
ＧａＮ層３２、井戸数５０の第１多重量子井戸構造３
３、厚さ０．７μｍのＧａＮ層３４、井戸数５０の第２
多重量子井戸構造３５、厚さ０．７μｍのＧａＮ層３
６、井戸数５０の第３多重量子井戸構造３７、厚さ２μ
ｍのＧａＮ層３８が順次積層されている。そして、第１
の実施形態と同様の方法により各層を一部エッチングす
ることにより、導波路構造が作製されている。なお、多
重量子井戸構造３３，３５，３７を構成する井戸層及び
障壁層の材料や厚さ等は、第１の実施形態と全く同様で
ある。
【００３８】多重量子井戸構造を３つに分けた本構造
は、全井戸数は１５０個となり、第２の実施形態のもの
よりも大きなサブバンド間吸収を得ることができる。さ
らに、３つの多重量子井戸構造３３，３５，３７は、導
波路の中心線から対象な位置にあるので、基本モードの
光が伝播する。従って、第２の実施形態と同様若しくは
それ以上に、スイッチ動作の安定化をはかることが可能
となる。
は、全井戸数は１５０個となり、第２の実施形態のもの
よりも大きなサブバンド間吸収を得ることができる。さ
らに、３つの多重量子井戸構造３３，３５，３７は、導
波路の中心線から対象な位置にあるので、基本モードの
光が伝播する。従って、第２の実施形態と同様若しくは
それ以上に、スイッチ動作の安定化をはかることが可能
となる。
【００３９】（第４の実施形態）図４は、本発明の第４
の実施形態に係わる半導体光スイッチの素子構造及び製
造工程を示す断面図である。なお、図３と同一部分には
同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
の実施形態に係わる半導体光スイッチの素子構造及び製
造工程を示す断面図である。なお、図３と同一部分には
同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【００４０】本実施形態が、先に説明した第３の実施形
態と異なる点は、基板接着法を用いて作成したことであ
る。まず、図４（ａ）に示すように、第３の実施形態と
同様にＭＯＣＶＤ法により、サファイア基板上にＧａＮ
層，第１多重量子井戸構造，ＧａＮ層，第２多重量子井
戸構造を順次積層したものを２枚用意する。即ち、サフ
ァイア基板３１上に厚さ２μｍのＧａＮ層３２，井戸数
５０の第１多重量子井戸構造３３，厚さ０．７μｍのＧ
ａＮ層３４，井戸数５０の第２多重量子井戸構造３５を
順次積層した第１の基板と、サファイア基板４１上に厚
さ２μｍのＧａＮ層４２，井戸数５０の第１多重量子井
戸構造４３，厚さ０．７μｍのＧａＮ層４４，井戸数５
０の第２多重量子井戸構造４５を順次積層した第２の基
板を用意する。
態と異なる点は、基板接着法を用いて作成したことであ
る。まず、図４（ａ）に示すように、第３の実施形態と
同様にＭＯＣＶＤ法により、サファイア基板上にＧａＮ
層，第１多重量子井戸構造，ＧａＮ層，第２多重量子井
戸構造を順次積層したものを２枚用意する。即ち、サフ
ァイア基板３１上に厚さ２μｍのＧａＮ層３２，井戸数
５０の第１多重量子井戸構造３３，厚さ０．７μｍのＧ
ａＮ層３４，井戸数５０の第２多重量子井戸構造３５を
順次積層した第１の基板と、サファイア基板４１上に厚
さ２μｍのＧａＮ層４２，井戸数５０の第１多重量子井
戸構造４３，厚さ０．７μｍのＧａＮ層４４，井戸数５
０の第２多重量子井戸構造４５を順次積層した第２の基
板を用意する。
【００４１】次いで、第２の実施形態と同様の方法で、
これら２枚の基板に加工を施し、それぞれに導波路を形
成した後、表面の洗浄処理を行う。そして、洗浄した導
波路構造同士（ここでは多重量子井戸構造３５，４５）
を張り合わせ、加圧及び熱処理をすることで接着する。
加圧条件及び熱処理温度等は第２の実施形態と同様とし
た。
これら２枚の基板に加工を施し、それぞれに導波路を形
成した後、表面の洗浄処理を行う。そして、洗浄した導
波路構造同士（ここでは多重量子井戸構造３５，４５）
を張り合わせ、加圧及び熱処理をすることで接着する。
加圧条件及び熱処理温度等は第２の実施形態と同様とし
た。
【００４２】図４（ｂ）は、このようにして作成された
光スイッチの構造を示し、導波路の中心に位置する第２
多重量子井戸構造４０（３５，４５）は１００個の井戸
数になり、３つの多重量量子井戸３３，４０，４３を合
わせると全井戸数は、２００個になる。
光スイッチの構造を示し、導波路の中心に位置する第２
多重量子井戸構造４０（３５，４５）は１００個の井戸
数になり、３つの多重量量子井戸３３，４０，４３を合
わせると全井戸数は、２００個になる。
【００４３】従って本実施形態では、第３の実施形態よ
りも大きなサブバンド間吸収を得ることができ、第３の
実施形態以上にスイッチ動作の安定化をはかることが可
能となる。図５は、本実施形態構造において、導波路に
光が伝搬した時の光強度分布の様子を示す。３つの多重
量子井戸構造３３，４０，４３に多くの光が入射するの
が見て分かる。このことからも、本実施形態のように複
数の多重量子井戸構造を用いることの有用性は大であ
る。
りも大きなサブバンド間吸収を得ることができ、第３の
実施形態以上にスイッチ動作の安定化をはかることが可
能となる。図５は、本実施形態構造において、導波路に
光が伝搬した時の光強度分布の様子を示す。３つの多重
量子井戸構造３３，４０，４３に多くの光が入射するの
が見て分かる。このことからも、本実施形態のように複
数の多重量子井戸構造を用いることの有用性は大であ
る。
【００４４】なお、本発明は上述した各実施形態に限定
されるものではない。多重量子井戸構造はＡｌＧａＮ／
ＧａＮに限るものではなく、窒化物半導体からなる井戸
層と障壁層を交互に積層したものであればよい。また、
１つの多重量子井戸構造における井戸数は５０に何ら限
定されるものではなく、クラック等が発生しない範囲で
適宜変更可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲で、種々変形して実施することができる。
されるものではない。多重量子井戸構造はＡｌＧａＮ／
ＧａＮに限るものではなく、窒化物半導体からなる井戸
層と障壁層を交互に積層したものであればよい。また、
１つの多重量子井戸構造における井戸数は５０に何ら限
定されるものではなく、クラック等が発生しない範囲で
適宜変更可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲で、種々変形して実施することができる。
【００４５】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、Ｇ
ａＮ導波路内に窒化物半導体からなる多重量子井戸構造
を複数個形成することにより、多重量子井戸構造におけ
るトータルの井戸数を増やすことができ、且つ多重量子
井戸構造に十分な光が入るようにでき、スイッチ動作に
必要な多量のサブバンド間吸収が得られる構造を実現す
ることが可能となる。従って、応答速度が極めて速く非
線形を有する光スイッチ素子のスイッチ動作の安定化を
はかることができ、光ＦＤＭネットワークや光ＴＤＭネ
ットワークの実現に寄与することが可能となる。
ａＮ導波路内に窒化物半導体からなる多重量子井戸構造
を複数個形成することにより、多重量子井戸構造におけ
るトータルの井戸数を増やすことができ、且つ多重量子
井戸構造に十分な光が入るようにでき、スイッチ動作に
必要な多量のサブバンド間吸収が得られる構造を実現す
ることが可能となる。従って、応答速度が極めて速く非
線形を有する光スイッチ素子のスイッチ動作の安定化を
はかることができ、光ＦＤＭネットワークや光ＴＤＭネ
ットワークの実現に寄与することが可能となる。
【図１】第１の実施形態に係わる半導体光スイッチの素
子構造を示す断面図。
子構造を示す断面図。
【図２】第２の実施形態に係わる半導体光スイッチの素
子構造及び製造工程を示す断面図。
子構造及び製造工程を示す断面図。
【図３】第３の実施形態に係わる半導体光スイッチの素
子構造を示す断面図。
子構造を示す断面図。
【図４】第４の実施形態に係わる半導体光スイッチの素
子構造及び製造工程を示す断面図。
子構造及び製造工程を示す断面図。
【図５】第４の実施形態において導波路に光が伝搬した
時の光の強度分布の様子を示す図。
時の光の強度分布の様子を示す図。
【図６】従来の半導体光スイッチの全体構成を示す平面
図と要部構成を示す断面図。
図と要部構成を示す断面図。
【図７】図６の光スイッチにおける光の伝播の様子を示
す図。
す図。
１１，２１，３１，４１…サファイア基板 １２，１４，２２，３２，３４，３６，３８，４２，４
４…ＧａＮ層 １３，２３，３３，３５，３７，４３，４５…多重量子
井戸構造 ２０，４０…２つの多重量子井戸構造が接合された多重
量子井戸構造
４…ＧａＮ層 １３，２３，３３，３５，３７，４３，４５…多重量子
井戸構造 ２０，４０…２つの多重量子井戸構造が接合された多重
量子井戸構造
【手続補正書】
【提出日】平成１２年５月２９日（２０００．５．２
９）
９）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の名称】 半導体光スイッチの製造方法
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体光スイッチ
に係わり、特にサブバンド間遷移に伴う光吸収を利用し
た半導体光スイッチの製造方法に関する。
に係わり、特にサブバンド間遷移に伴う光吸収を利用し
た半導体光スイッチの製造方法に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１０】本発明は、上記事情を考慮して成されたも
ので、その目的とするところは、多重量子井戸構造に十
分な光が入り、スイッチ動作に必要な多量のサブバンド
間吸収が得られる構造を持つ半導体光スイッチの製造方
法を提供することにある。
ので、その目的とするところは、多重量子井戸構造に十
分な光が入り、スイッチ動作に必要な多量のサブバンド
間吸収が得られる構造を持つ半導体光スイッチの製造方
法を提供することにある。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１３】即ち本発明は、半導体光スイッチの製造方
法において、第１の単結晶基板上に、サブバンド間遷移
によって近赤外域で光吸収を起こす窒化物半導体の多重
量子井戸構造を少なくとも２つ有し、且つそのうちの１
つを最表面に有する第１のＧａＮ導波路を形成する工程
と、第２の単結晶基板上に、サブバンド間遷移によって
近赤外域で光吸収を起こす窒化物半導体の多重量子井戸
構造を少なくとも２つ有し、且つそのうちの１つを最表
面に有する第２のＧａＮ導波路を形成する工程と、第１
及び第２のＧａＮ導波路を、前記最表面の多重量子井戸
構造同士が接触するように、導波路厚さ方向に直接接着
する工程とを含むことを特徴とする。
法において、第１の単結晶基板上に、サブバンド間遷移
によって近赤外域で光吸収を起こす窒化物半導体の多重
量子井戸構造を少なくとも２つ有し、且つそのうちの１
つを最表面に有する第１のＧａＮ導波路を形成する工程
と、第２の単結晶基板上に、サブバンド間遷移によって
近赤外域で光吸収を起こす窒化物半導体の多重量子井戸
構造を少なくとも２つ有し、且つそのうちの１つを最表
面に有する第２のＧａＮ導波路を形成する工程と、第１
及び第２のＧａＮ導波路を、前記最表面の多重量子井戸
構造同士が接触するように、導波路厚さ方向に直接接着
する工程とを含むことを特徴とする。
Claims (3)
- 【請求項１】単結晶基板上に、サブバンド間遷移によっ
て近赤外域で光吸収を起こす窒化物半導体の多重量子井
戸構造を有するＧａＮ導波路を形成した半導体光スイッ
チであって、 前記多重量子井戸構造は、前記ＧａＮ導波路内に複数個
形成されていることを特徴とする半導体光スイッチ。 - 【請求項２】前記複数個の多重量子井戸構造は、前記Ｇ
ａＮ導波路の半分の高さの面を境に上下対称な位置に配
置されていることを特徴とする請求項１記載の半導体光
スイッチ。 - 【請求項３】第１の単結晶基板上に、サブバンド間遷移
によって近赤外域で光吸収を起こす窒化物半導体の多重
量子井戸構造を少なくとも１つ有する第１のＧａＮ導波
路を形成する工程と、 第２の単結晶基板上に、サブバンド間遷移によって近赤
外域で光吸収を起こす窒化物半導体の多重量子井戸構造
を少なくとも１つ有する第２のＧａＮ導波路を形成する
工程と、 第１及び第２のＧａＮ導波路を直接接着する工程とを含
むことを特徴とする半導体光スイッチの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28843299A JP2001108950A (ja) | 1999-10-08 | 1999-10-08 | 半導体光スイッチの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28843299A JP2001108950A (ja) | 1999-10-08 | 1999-10-08 | 半導体光スイッチの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001108950A true JP2001108950A (ja) | 2001-04-20 |
Family
ID=17730150
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28843299A Pending JP2001108950A (ja) | 1999-10-08 | 1999-10-08 | 半導体光スイッチの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001108950A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011012833A2 (fr) | 2009-07-30 | 2011-02-03 | Universite Paris-Sud 11 | Dispositifs electro-optiques bases sur la variation d'indice ou d'absorption dans des transitions isb |
| JP2014206699A (ja) * | 2013-04-16 | 2014-10-30 | 日本電信電話株式会社 | 光変調導波路の製造方法 |
| CN108646348A (zh) * | 2018-05-16 | 2018-10-12 | 德州尧鼎光电科技有限公司 | 一种深紫外多量子阱波导制作方法 |
-
1999
- 1999-10-08 JP JP28843299A patent/JP2001108950A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011012833A2 (fr) | 2009-07-30 | 2011-02-03 | Universite Paris-Sud 11 | Dispositifs electro-optiques bases sur la variation d'indice ou d'absorption dans des transitions isb |
| FR2948816A1 (fr) * | 2009-07-30 | 2011-02-04 | Univ Paris Sud | Dispositifs electro-optiques bases sur la variation d'indice ou d'absorption dans des transitions isb. |
| WO2011012833A3 (fr) * | 2009-07-30 | 2011-04-21 | Universite Paris-Sud 11 | Dispositifs electro-optiques bases sur la variation d'indice ou d'absorption dans des transitions isb |
| JP2014206699A (ja) * | 2013-04-16 | 2014-10-30 | 日本電信電話株式会社 | 光変調導波路の製造方法 |
| CN108646348A (zh) * | 2018-05-16 | 2018-10-12 | 德州尧鼎光电科技有限公司 | 一种深紫外多量子阱波导制作方法 |
| CN108646348B (zh) * | 2018-05-16 | 2019-11-22 | 德州尧鼎光电科技有限公司 | 一种深紫外多量子阱波导制作方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20090072243A1 (en) | Compound semiconductor device and method for fabricating compound semiconductor | |
| US20160334574A1 (en) | Semiconductor structure and method for manufacturing a semiconductor structure | |
| JP2010263153A (ja) | 半導体集積光デバイス及びその作製方法 | |
| JPH05218386A (ja) | 光集積回路 | |
| JP2016042575A (ja) | 光集積回路を製造する方法 | |
| TW200913415A (en) | Optical semiconductor device and method for fabricating the same | |
| JP2016161890A (ja) | 光デバイス | |
| US6456638B1 (en) | High-power short-wavelength semiconductor light emitting device having active layer with increased indium content | |
| JP2001148531A (ja) | 半導体光デバイス | |
| JP2003152264A (ja) | ナイトライド系半導体レーザを備えた光集積装置 | |
| US20190146154A1 (en) | Heterogeneous integrated circuit for short wavelengths | |
| JP2001108950A (ja) | 半導体光スイッチの製造方法 | |
| JP2011124479A (ja) | 光半導体装置及びその製造方法、中継装置、受信装置、光通信システム | |
| US6791746B2 (en) | Extended bandwidth semiconductor optical amplifier | |
| US20170097468A1 (en) | Semiconductor structure and method for manufacturing a semiconductor structure | |
| CN114153030A (zh) | 多层介质光波导结构及其制造方法 | |
| JP7283582B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JPH07321051A (ja) | 化合物半導体装置、その製造方法及び半導体装置 | |
| JP2954203B1 (ja) | 光導波素子の製造方法 | |
| CN103443940A (zh) | 发射光的半导体器件 | |
| JP2682482B2 (ja) | 化合物半導体集積回路の製造方法 | |
| JP2000332290A (ja) | 窒化物半導体素子およびその製造方法 | |
| JP3275858B2 (ja) | 化合物半導体素子の製造方法 | |
| JP6006158B2 (ja) | 光変調導波路の製造方法 | |
| US11393765B2 (en) | Heterogeneous integrated circuit for short wavelengths |