JP3082494B2 - 光導波構造の形成方法 - Google Patents
光導波構造の形成方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体を用いた光デバ
イスに用いられる光導波構造の形成方法に関するもので
ある。
イスに用いられる光導波構造の形成方法に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】屈折率の異なる２つ以上の半導体の組み
合わせにより光の伝搬を行う光導波構造では、導波光の
減衰を抑えるためには、帯状の領域のみを光が導波する
チャンネル型光導波構造が用いられてきた。
合わせにより光の伝搬を行う光導波構造では、導波光の
減衰を抑えるためには、帯状の領域のみを光が導波する
チャンネル型光導波構造が用いられてきた。
【０００３】このチャンネル型光導波構造の一例を図４
に示す。図４の模式図に示すように、光導波層１を当該
光導波層１より屈折率の小さな半導体の光導波層２で挟
み込むチャンネル型光導波構造の形成方法としては、Ｉ
ｎＰ基板３の上層に光導波層１を成長後、半導体２を形
成する部分を削除した後に、当該半導体２を埋め込み再
成長する方法が主に用いられる。
に示す。図４の模式図に示すように、光導波層１を当該
光導波層１より屈折率の小さな半導体の光導波層２で挟
み込むチャンネル型光導波構造の形成方法としては、Ｉ
ｎＰ基板３の上層に光導波層１を成長後、半導体２を形
成する部分を削除した後に、当該半導体２を埋め込み再
成長する方法が主に用いられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前記の埋め込み再成長
を用いチャンネル型光導波構造を形成する方法では、半
導体２で示される部分をドライエッチングやウェットエ
ッチング等により削除する工程と、その後に前記半導体
２の部分を光導波層１と屈折率の異なる半導体で埋め込
み成長する工程が必要であり、この方法では、１回目の
成長後、マスク形成、エッチング、マスク除去、再成長
と複数回の工程が必要であった。
を用いチャンネル型光導波構造を形成する方法では、半
導体２で示される部分をドライエッチングやウェットエ
ッチング等により削除する工程と、その後に前記半導体
２の部分を光導波層１と屈折率の異なる半導体で埋め込
み成長する工程が必要であり、この方法では、１回目の
成長後、マスク形成、エッチング、マスク除去、再成長
と複数回の工程が必要であった。
【０００５】本発明は、結晶の成長方向に対して横方向
で屈折率の異なる層を、１回の過程で成長させることに
より、埋め込み再成長を必要としない光導波構造の形成
方法を提供することを目的とする。
で屈折率の異なる層を、１回の過程で成長させることに
より、埋め込み再成長を必要としない光導波構造の形成
方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明に係る光導波構造の形成方法は、III 族原料に有機金
属を用いる有機金属分子線エピタキシー法（ＭＯＭＢＥ
法）において、少なくとも一部に（１１０）面を有する
（１００）ＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓ層を井戸層とす
る超格子構造を成長することを特徴とする。
明に係る光導波構造の形成方法は、III 族原料に有機金
属を用いる有機金属分子線エピタキシー法（ＭＯＭＢＥ
法）において、少なくとも一部に（１１０）面を有する
（１００）ＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓ層を井戸層とす
る超格子構造を成長することを特徴とする。
【０００７】上記構成において、少なくとも一部に（１
００）面を有する（１１０）ＩｎＰ基板上に、ＩｎＧａ
ＡｓＰ層を井戸層とする超格子構造を成長することを特
徴とする。
００）面を有する（１１０）ＩｎＰ基板上に、ＩｎＧａ
ＡｓＰ層を井戸層とする超格子構造を成長することを特
徴とする。
【０００８】本発明は、ＭＯＭＢＥ法で超格子構造を作
製した場合、結晶方位により、組成比が異なり、この性
質を利用して、チャンネル型光導波構造を一回の成長で
形成するようにしたものである。従来技術とは、横方向
の光の閉じ込めが複数のプロセスを介さずに行える点が
異なる。
製した場合、結晶方位により、組成比が異なり、この性
質を利用して、チャンネル型光導波構造を一回の成長で
形成するようにしたものである。従来技術とは、横方向
の光の閉じ込めが複数のプロセスを介さずに行える点が
異なる。
【０００９】以下本発明の内容を説明する。
【００１０】ここで、本発明においては、少なくとも一
部に、（１１０）面方位と（１００）面方位とを有する
ＩｎＰ段差基板上に、III 族原料としてトリメチルイン
ジウム（ＴＭＩｎ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）
等のIII 族の原料に有機金属を用いたものを原料とする
有機金属分子線エピタキシー法（ＭＯＭＢＥ法）を用
い、臨界膜厚以内のＩｎＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰ
を井戸層とする超格子構造を形成後、クラッド層を連続
して成長する。
部に、（１１０）面方位と（１００）面方位とを有する
ＩｎＰ段差基板上に、III 族原料としてトリメチルイン
ジウム（ＴＭＩｎ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）
等のIII 族の原料に有機金属を用いたものを原料とする
有機金属分子線エピタキシー法（ＭＯＭＢＥ法）を用
い、臨界膜厚以内のＩｎＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰ
を井戸層とする超格子構造を形成後、クラッド層を連続
して成長する。
【００１１】ＭＯＭＢＥ法により（１００）基板上と
（１１０）基板上に同一の成長条件でＩｎＧａＡｓ、ま
たはＩｎＧａＡｓＰを成長させた場合、（１００）面方
位上と（１１０）面方位上とで異なる組成のＩｎＧａＡ
ｓ、またはＩｎＧａＡｓＰがエピタキシャル成長する。
（１１０）基板上に同一の成長条件でＩｎＧａＡｓ、ま
たはＩｎＧａＡｓＰを成長させた場合、（１００）面方
位上と（１１０）面方位上とで異なる組成のＩｎＧａＡ
ｓ、またはＩｎＧａＡｓＰがエピタキシャル成長する。
【００１２】先ず、ＩｎＧａＡｓにおいては、図３に示
すように、例えば（１１０）面方位上で組成ｘ＝0.３９
のＩｎ1-X ＧａX Ａｓをエピタキシャル成長させた場
合、同一の成長条件のもとで（１００）面方位上には組
成ｘ＝0.６２のＩｎ1-X ＧａXＡｓをエピタキシャル成
長した。尚、（１１０）面方位については傾斜角を含む
もの、例えば（１１１）方向に０〜８°傾斜させた（１
１０）面方位を用いても同様の効果が見られた。
すように、例えば（１１０）面方位上で組成ｘ＝0.３９
のＩｎ1-X ＧａX Ａｓをエピタキシャル成長させた場
合、同一の成長条件のもとで（１００）面方位上には組
成ｘ＝0.６２のＩｎ1-X ＧａXＡｓをエピタキシャル成
長した。尚、（１１０）面方位については傾斜角を含む
もの、例えば（１１１）方向に０〜８°傾斜させた（１
１０）面方位を用いても同様の効果が見られた。
【００１３】一方、ＩｎＧａＡｓＰについても、同一の
成長条件のもとで（１００）面方位上と（１１０）面方
位上で異なる組成の結晶が成長する。例えば、（１０
０）面方位上に等価波長1.３３μｍのＩｎＧａＡｓＰを
成長させる条件のもとでは、（１１０）面方位上に1.１
９μｍのＩｎＧａＡｓＰが成長した。上記ＩｎＧａＡｓ
の場合と同様、（１１０）面方位については傾斜角を含
むもの、例えば（１１１）方向に０〜８°傾斜させた
（１１０）面方位を用いても同様の効果がみられた。
成長条件のもとで（１００）面方位上と（１１０）面方
位上で異なる組成の結晶が成長する。例えば、（１０
０）面方位上に等価波長1.３３μｍのＩｎＧａＡｓＰを
成長させる条件のもとでは、（１１０）面方位上に1.１
９μｍのＩｎＧａＡｓＰが成長した。上記ＩｎＧａＡｓ
の場合と同様、（１１０）面方位については傾斜角を含
むもの、例えば（１１１）方向に０〜８°傾斜させた
（１１０）面方位を用いても同様の効果がみられた。
【００１４】図１を用いて、光導波構造の構成について
説明する。（１１０）面７方位及び（１００）面８方位
上において、ＩｎＰバッファ層、またはＩｎＰバッファ
層とＩｎＧａＡｓＰクラッド層からなる構造の基板３の
上に、臨界膜厚以内のＩｎＧａＡｓ層またはＩｎＧａＡ
ｓＰ層を井戸層４，４′とし、ＩｎＰ層またはＩｎＧａ
ＡｓＰ層を障壁層５とする超格子構造９、９′をＭＯＭ
ＢＥ法により成長し、これらの超格子構造の上にＩｎ
Ｐ、またはＩｎＰとＩｎＧａＡｓＰからなるクラッド層
６を成長させる。
説明する。（１１０）面７方位及び（１００）面８方位
上において、ＩｎＰバッファ層、またはＩｎＰバッファ
層とＩｎＧａＡｓＰクラッド層からなる構造の基板３の
上に、臨界膜厚以内のＩｎＧａＡｓ層またはＩｎＧａＡ
ｓＰ層を井戸層４，４′とし、ＩｎＰ層またはＩｎＧａ
ＡｓＰ層を障壁層５とする超格子構造９、９′をＭＯＭ
ＢＥ法により成長し、これらの超格子構造の上にＩｎ
Ｐ、またはＩｎＰとＩｎＧａＡｓＰからなるクラッド層
６を成長させる。
【００１５】井戸層４，４′としてＩｎＧａＡｓ層を用
いる第１の構成の場合には、前記のように（１１０）面
７方位上のＩｎＧａＡｓ層４′は（１００）面８方位上
のＩｎＧａＡｓ層４よりＧａの組成が小さくなり、した
がってバンドギャップが小さくなるため、（１１０）面
７方位上の超格子構造９′は、横方向に対しては（１０
０）面８方位上の超格子構造９より高い屈折率を有し、
縦方向に対してはバッファ層３、クラッド層６より高い
屈折率を有する。
いる第１の構成の場合には、前記のように（１１０）面
７方位上のＩｎＧａＡｓ層４′は（１００）面８方位上
のＩｎＧａＡｓ層４よりＧａの組成が小さくなり、した
がってバンドギャップが小さくなるため、（１１０）面
７方位上の超格子構造９′は、横方向に対しては（１０
０）面８方位上の超格子構造９より高い屈折率を有し、
縦方向に対してはバッファ層３、クラッド層６より高い
屈折率を有する。
【００１６】以上の構造において、（１１０）面７方位
上の井戸層としてＩｎＧａＡｓ４′を有する超格子構造
９′は、横方向と縦方向に対し高い屈折率を有するた
め、（１１０）面７方位上の超格子構造に入射した光は
縦方向と横方向に対し閉じ込められて導波する。
上の井戸層としてＩｎＧａＡｓ４′を有する超格子構造
９′は、横方向と縦方向に対し高い屈折率を有するた
め、（１１０）面７方位上の超格子構造に入射した光は
縦方向と横方向に対し閉じ込められて導波する。
【００１７】次に、井戸層としてＩｎＧａＡｓＰ層を用
いる第２の構成の場合を図２を参照しつつ説明する。図
２に示すように、（１００）面７方位上のＩｎＧａＡｓ
層４′は（１１０）面８方位上のＩｎＧａＡｓ層４より
等価波長が大きくなるため、（１００）面７方位上の超
格子構造９′は、横方向に対しては（１１０）面８方位
上の超格子構造９より高い屈折率を有し、縦方向に対し
てはバッファ層３、クラッド層６より高い屈折率を有す
る。
いる第２の構成の場合を図２を参照しつつ説明する。図
２に示すように、（１００）面７方位上のＩｎＧａＡｓ
層４′は（１１０）面８方位上のＩｎＧａＡｓ層４より
等価波長が大きくなるため、（１００）面７方位上の超
格子構造９′は、横方向に対しては（１１０）面８方位
上の超格子構造９より高い屈折率を有し、縦方向に対し
てはバッファ層３、クラッド層６より高い屈折率を有す
る。
【００１８】以上の構造において、（１００）面７方位
上の井戸層としてＩｎＧａＡｓ４′を有する超格子構造
９′は、横方向と縦方向に対し高い屈折率を有するた
め、（１００）面７方位上の超格子構造に入射した光は
縦方向と横方向に対し閉じ込められて導波する。
上の井戸層としてＩｎＧａＡｓ４′を有する超格子構造
９′は、横方向と縦方向に対し高い屈折率を有するた
め、（１００）面７方位上の超格子構造に入射した光は
縦方向と横方向に対し閉じ込められて導波する。
【００１９】
【実施例】 （実施例１）本発明に従って、図１に示した光導波構造
の例を説明する。図１に示すように、基板の一部に（１
１０）面７を有するような（１００）面８のＩｎＰ段差
基板３上にＭＯＭＢＥ法により、成長温度５２０℃、ア
ルシン供給圧力８torrにおいて、（１１０）面７方位上
に組成ｘ＝0.４７（等価波長1.６５μｍ）、（１００）
面８方位上に組成ｘ＝0.６３（等価波長1.３４μｍ）と
なるＩｎ1-X ＧａX Ａｓ層を有する、ＩｎＧａＡｓ井戸
幅４ｎｍ、ＩｎＰ障壁幅８ｎｍ、２０周期からなるＩｎ
ＧａＡｓ／ＩｎＰ超格子構造９，９′を成長し、その
後、引き続いてＩｎＰクラッド層６を1.５μｍ成長し
た。基板３の段差方向と平行に（１１０）面７方位上の
ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ超格子へ、波長λ＝1.５５μｍの
光を導波させた場合の導波損失は１０ｄｂ／ｃｍであっ
た。
の例を説明する。図１に示すように、基板の一部に（１
１０）面７を有するような（１００）面８のＩｎＰ段差
基板３上にＭＯＭＢＥ法により、成長温度５２０℃、ア
ルシン供給圧力８torrにおいて、（１１０）面７方位上
に組成ｘ＝0.４７（等価波長1.６５μｍ）、（１００）
面８方位上に組成ｘ＝0.６３（等価波長1.３４μｍ）と
なるＩｎ1-X ＧａX Ａｓ層を有する、ＩｎＧａＡｓ井戸
幅４ｎｍ、ＩｎＰ障壁幅８ｎｍ、２０周期からなるＩｎ
ＧａＡｓ／ＩｎＰ超格子構造９，９′を成長し、その
後、引き続いてＩｎＰクラッド層６を1.５μｍ成長し
た。基板３の段差方向と平行に（１１０）面７方位上の
ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ超格子へ、波長λ＝1.５５μｍの
光を導波させた場合の導波損失は１０ｄｂ／ｃｍであっ
た。
【００２０】（実施例２）本発明に従って、図２に示し
た光導波構造の例を説明する。図１に示すように、基板
の一部に（１００）面７を有するような（１１０）面８
ＩｎＰ段差基板３上にＭＯＭＢＥ法により、成長温度５
３５℃において、（１００）面７方位上と（１１０）面
８方位上とで、それぞれ0.８６ｅｖ（等価波長1.４４μ
ｍ）と0.９８ｅｖ（等価波長1.２７μｍ）となるＩｎＧ
ａＡｓＰ層４，４′を有する、ＩｎＧａＡｓＰ井戸幅４
ｎｍ、ＩｎＰ障壁幅１０ｎｍ、２０周期からなるＩｎＧ
ａＡｓＰ／ＩｎＰ超格子構造９，９′を成長し、その
後、引き続いてＩｎＰクラッド層６を１μｍ成長させ
た。基板３の段差方向と平行に（１００）面７上のＩｎ
ＧａＡｓＰ／ＩｎＰ超格子へ、波長λ＝1.３μｍの光を
入射させた場合の導波損失は８ｄｂ／ｃｍであった。
た光導波構造の例を説明する。図１に示すように、基板
の一部に（１００）面７を有するような（１１０）面８
ＩｎＰ段差基板３上にＭＯＭＢＥ法により、成長温度５
３５℃において、（１００）面７方位上と（１１０）面
８方位上とで、それぞれ0.８６ｅｖ（等価波長1.４４μ
ｍ）と0.９８ｅｖ（等価波長1.２７μｍ）となるＩｎＧ
ａＡｓＰ層４，４′を有する、ＩｎＧａＡｓＰ井戸幅４
ｎｍ、ＩｎＰ障壁幅１０ｎｍ、２０周期からなるＩｎＧ
ａＡｓＰ／ＩｎＰ超格子構造９，９′を成長し、その
後、引き続いてＩｎＰクラッド層６を１μｍ成長させ
た。基板３の段差方向と平行に（１００）面７上のＩｎ
ＧａＡｓＰ／ＩｎＰ超格子へ、波長λ＝1.３μｍの光を
入射させた場合の導波損失は８ｄｂ／ｃｍであった。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ＭＯＭＢＥ法によって、（１１０）面方位と（１００）
面方位とを含むＩｎＰ段差基板上に、ＩｎＧａＡｓまた
はＩｎＧａＡｓＰを井戸層とする超格子構造を成長させ
ることによって、１回の成長で導波方向に対し垂直な２
方向における光の閉じ込めが可能な半導体光導波路が形
成できた。本方法は、レーザダイオード素子、光変調素
子、光受光素子等の導波構造を有する光素子、およびこ
れらを結合した集積光素子において有用である。
ＭＯＭＢＥ法によって、（１１０）面方位と（１００）
面方位とを含むＩｎＰ段差基板上に、ＩｎＧａＡｓまた
はＩｎＧａＡｓＰを井戸層とする超格子構造を成長させ
ることによって、１回の成長で導波方向に対し垂直な２
方向における光の閉じ込めが可能な半導体光導波路が形
成できた。本方法は、レーザダイオード素子、光変調素
子、光受光素子等の導波構造を有する光素子、およびこ
れらを結合した集積光素子において有用である。
【図１】本発明に従って作製した実施例１に係る半導体
光導波路の構造の一例を示す図である。
光導波路の構造の一例を示す図である。
【図２】本発明に従って作製した実施例２に係る半導体
光導波路の構造の一例を示す図である。
光導波路の構造の一例を示す図である。
【図３】（１００）ＩｎＰ基板上と、（１１０）基板上
に成長したＩｎ1-X ＧａX Ａｓの組成ｘのアルシン（Ａ
ｓＨ3 ）の供給量に対する変化を表すグラフである。
に成長したＩｎ1-X ＧａX Ａｓの組成ｘのアルシン（Ａ
ｓＨ3 ）の供給量に対する変化を表すグラフである。
【図４】チャンネル型半導体光導波路の例を示す断面図
である。
である。
１ 半導体光導波層 ２ 光導波層１より屈折率の小さな層 ３ ＩｎＰ基板 ４，４′ 井戸層 ５ 障壁層 ６ クラッド層 ７ （１１０）面（実施例１），（１００）面（実施例
２） ８ （１００）面（実施例１），（１１０）面（実施例
２） ９，９′ 超格子構造
２） ８ （１００）面（実施例１），（１１０）面（実施例
２） ９，９′ 超格子構造
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡本 稔 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 昭54−107354（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−167187（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 6/12 - 6/14 H01S 5/00 - 5/50 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (2)
- 【請求項１】 III 族原料に有機金属を用いる有機金属
分子線エピタキシー法（ＭＯＭＢＥ法）において、少な
くとも一部に（１１０）面を有する（１００）ＩｎＰ基
板上にＩｎＧａＡｓ層を井戸層とする超格子構造を成長
することを特徴とする光導波構造の形成方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の光導波構造の形成方法に
おいて、少なくとも一部に（１００）面を有する（１１
０）ＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓＰ層を井戸層とする超
格子構造を成長することを特徴とする光導波構造の形成
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2229993A JP3082494B2 (ja) | 1993-02-10 | 1993-02-10 | 光導波構造の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2229993A JP3082494B2 (ja) | 1993-02-10 | 1993-02-10 | 光導波構造の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06235888A JPH06235888A (ja) | 1994-08-23 |
| JP3082494B2 true JP3082494B2 (ja) | 2000-08-28 |
Family
ID=12078872
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2229993A Expired - Fee Related JP3082494B2 (ja) | 1993-02-10 | 1993-02-10 | 光導波構造の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3082494B2 (ja) |
-
1993
- 1993-02-10 JP JP2229993A patent/JP3082494B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH06235888A (ja) | 1994-08-23 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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