JP3254466B2 - 半導体光導波路およびその製造方法 - Google Patents
半導体光導波路およびその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、低損失でかつ微小なス
ポットサイズを有する半導体光導波路およびその製造方
法に関するものである。
ポットサイズを有する半導体光導波路およびその製造方
法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】化合物半導体の選択成長を用いた低損失
光導波路に関しては、既にその伝搬特性が報告（小松
他，１９９１年電子情報通信学会秋季大会予稿 Ｃ−１
３２）されており、この光導波路の製作方法は、半導体
光導波路の低損失化技術の一つとして重要である。
光導波路に関しては、既にその伝搬特性が報告（小松
他，１９９１年電子情報通信学会秋季大会予稿 Ｃ−１
３２）されており、この光導波路の製作方法は、半導体
光導波路の低損失化技術の一つとして重要である。
【０００３】図４は従来の選択リッジ成長ＩｎＧａＡｓ
Ｐ／ＩｎＰ光導波路の構成を示す斜視図である。同図に
おいて、１は（１００）ｎ−ＩｎＰ基板、２はｎ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ導波層、３はｎ−ＩｎＰクラッド層、４は選
択成長したｎ−ＩｎＰクラッド層、５はＳｉＯ2 マスク
である。また、６は選択成長によるリッジ側面であり、
（１１１）面である。７は選択成長したリッジ構造であ
る。
Ｐ／ＩｎＰ光導波路の構成を示す斜視図である。同図に
おいて、１は（１００）ｎ−ＩｎＰ基板、２はｎ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ導波層、３はｎ−ＩｎＰクラッド層、４は選
択成長したｎ−ＩｎＰクラッド層、５はＳｉＯ2 マスク
である。また、６は選択成長によるリッジ側面であり、
（１１１）面である。７は選択成長したリッジ構造であ
る。
【０００４】このような選択成長によるリッジ構造７で
は、リッジ側面６が平滑な（１１１）結晶面となり、エ
ッチングなどによってリッジ構造を形成した場合に比べ
て散乱損失を低減することが可能となり、低損失光導波
路を実現することができる。
は、リッジ側面６が平滑な（１１１）結晶面となり、エ
ッチングなどによってリッジ構造を形成した場合に比べ
て散乱損失を低減することが可能となり、低損失光導波
路を実現することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た（１１１）面６は、（１００）ｎ−ＩｎＰ基板１の表
面に対して約５４度の傾きをもつために（１００）ｎ−
ＩｎＰ基板１の表面と平行な方向の導波光のスポットサ
イズを決定するリッジ構造７の幅を一定値以上に細くす
ることができない。例えば基板表面と平行な方向の光閉
じ込めを決定するリッジ構造７の高さを実用上十分と考
えられる１．５μｍとすると、仮に選択成長したリッジ
構造７の上端面の幅を０μｍとした場合でも、この選択
成長したリッジ構造７の下端面の幅は２．１８μｍ以下
にはならない。
た（１１１）面６は、（１００）ｎ−ＩｎＰ基板１の表
面に対して約５４度の傾きをもつために（１００）ｎ−
ＩｎＰ基板１の表面と平行な方向の導波光のスポットサ
イズを決定するリッジ構造７の幅を一定値以上に細くす
ることができない。例えば基板表面と平行な方向の光閉
じ込めを決定するリッジ構造７の高さを実用上十分と考
えられる１．５μｍとすると、仮に選択成長したリッジ
構造７の上端面の幅を０μｍとした場合でも、この選択
成長したリッジ構造７の下端面の幅は２．１８μｍ以下
にはならない。
【０００６】実際に導波光の基板表面に平行な方向のス
ポットサイズを決定する主要な要因は、この選択成長し
たリッジ構造の下端面であるので、従来の選択リッジ成
長光導波路では、導波光の基板表面に平行な方向のスポ
ットの半値全幅を２μｍ程度以下にすることが不可能で
ある。また、選択成長したリッジ構造の上端面に電圧印
加または電流注入のための金属電極を形成する場合に
は、導波光の基板表面に平行な方向のスポットサイズを
決定する選択成長したリッジ構造の下端面の幅は、さら
に広くなり、基板表面に平行な方向の導波モードが単一
の横モードから複数の横モードがたつ状態になることが
十分に予測される。この単一横モードでない導波状態
は、光導波路デバイスへの応用を考えた場合には、極め
て不適当である。したがってスポットサイズの小さい単
一横モードの光導波路を形成するためには、従来とは異
なる新たな低損失光導波路構造が必要である。
ポットサイズを決定する主要な要因は、この選択成長し
たリッジ構造の下端面であるので、従来の選択リッジ成
長光導波路では、導波光の基板表面に平行な方向のスポ
ットの半値全幅を２μｍ程度以下にすることが不可能で
ある。また、選択成長したリッジ構造の上端面に電圧印
加または電流注入のための金属電極を形成する場合に
は、導波光の基板表面に平行な方向のスポットサイズを
決定する選択成長したリッジ構造の下端面の幅は、さら
に広くなり、基板表面に平行な方向の導波モードが単一
の横モードから複数の横モードがたつ状態になることが
十分に予測される。この単一横モードでない導波状態
は、光導波路デバイスへの応用を考えた場合には、極め
て不適当である。したがってスポットサイズの小さい単
一横モードの光導波路を形成するためには、従来とは異
なる新たな低損失光導波路構造が必要である。
【０００７】したがって本発明は前述した従来の課題を
解決するためになされたものであり、その目的は、微小
なスポットサイズを有する低損失な選択リッジ成長光導
波路を実現可能とした半導体光導波路およびその製造方
法を提供することにある。
解決するためになされたものであり、その目的は、微小
なスポットサイズを有する低損失な選択リッジ成長光導
波路を実現可能とした半導体光導波路およびその製造方
法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、化合物半導体の｛１１１｝面をもつ
基板と、この基板上に形成された光導波層と、この光導
波層上の一部の領域に形成されたリッジ形状の第１のク
ラッド層（リッジ構造という）とを有している。
るために本発明は、化合物半導体の｛１１１｝面をもつ
基板と、この基板上に形成された光導波層と、この光導
波層上の一部の領域に形成されたリッジ形状の第１のク
ラッド層（リッジ構造という）とを有している。
【０００９】
【作用】本発明における半導体光導波路は、選択成長に
よって形成したリッジ構造の側面が基板表面に対して垂
直となる。この選択リッジ構造により、従来不可能であ
ったような微小なスポットサイズを有する選択成長リッ
ジ光導波路が実現可能となる。また、リッジ側面が平滑
な選択成長界面を有するので、低損失な光導波路の形成
が可能となる。
よって形成したリッジ構造の側面が基板表面に対して垂
直となる。この選択リッジ構造により、従来不可能であ
ったような微小なスポットサイズを有する選択成長リッ
ジ光導波路が実現可能となる。また、リッジ側面が平滑
な選択成長界面を有するので、低損失な光導波路の形成
が可能となる。
【００１０】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。図１は本発明による半導体光導波路の一実施
例による構成を示す斜視図である。同図において、（１
１１）面をもつＩｎＰ基板９上に、ＩｎＧａＡｓＰから
なる光導波層１０とＩｎＰからなるクラッド層（第２の
クラッド層）１１とを順次成長した後、ストライプ状の
間隙をもつ選択成長用ＳｉＯ2 マスク１３を形成し、そ
の間隙の部分にＩｎＰからなるクラッド層（第１のクラ
ッド層）１２をリッジ形状として選択成長した構造を有
している。なお、１４は選択成長したリッジ側面で（０
バー１ １）面、１５は選択成長したリッジ側面で（０
１ バー１）面、１６は選択成長したリッジ構造、１７
は導波光のフィード分布である。
説明する。図１は本発明による半導体光導波路の一実施
例による構成を示す斜視図である。同図において、（１
１１）面をもつＩｎＰ基板９上に、ＩｎＧａＡｓＰから
なる光導波層１０とＩｎＰからなるクラッド層（第２の
クラッド層）１１とを順次成長した後、ストライプ状の
間隙をもつ選択成長用ＳｉＯ2 マスク１３を形成し、そ
の間隙の部分にＩｎＰからなるクラッド層（第１のクラ
ッド層）１２をリッジ形状として選択成長した構造を有
している。なお、１４は選択成長したリッジ側面で（０
バー１ １）面、１５は選択成長したリッジ側面で（０
１ バー１）面、１６は選択成長したリッジ構造、１７
は導波光のフィード分布である。
【００１１】このように構成された選択成長リッジ構造
１６は、その側面が極めて平滑な（０ バー１ １）面１
４と（０ １ バー１）面１５とを有しており、これらの
結晶面は（１１１）面をもつＩｎＰ基板９の表面に対し
て垂直となる。この選択成長したリッジ形状の幅は、選
択成長用ＳｉＯ2 マスク１３に形成した間隙部の幅によ
って制御することができ、リッジ構造の幅は（１１１）
面をもつＩｎＰ基板９の表面に垂直な方向に対して一定
値となる。選択成長用ＳｉＯ2 マスク１３に形成した間
隙部の幅は、フォトリソグラフィーにより１μｍ以下に
まで細くすることが十分に可能である。したがって本実
施例の選択リッジ成長したＩｎＰクラッド層１２をもつ
光導波路を用いれば、微小なスポットサイズをもつ低損
失な単一横モード光導波路を実現することができる。
１６は、その側面が極めて平滑な（０ バー１ １）面１
４と（０ １ バー１）面１５とを有しており、これらの
結晶面は（１１１）面をもつＩｎＰ基板９の表面に対し
て垂直となる。この選択成長したリッジ形状の幅は、選
択成長用ＳｉＯ2 マスク１３に形成した間隙部の幅によ
って制御することができ、リッジ構造の幅は（１１１）
面をもつＩｎＰ基板９の表面に垂直な方向に対して一定
値となる。選択成長用ＳｉＯ2 マスク１３に形成した間
隙部の幅は、フォトリソグラフィーにより１μｍ以下に
まで細くすることが十分に可能である。したがって本実
施例の選択リッジ成長したＩｎＰクラッド層１２をもつ
光導波路を用いれば、微小なスポットサイズをもつ低損
失な単一横モード光導波路を実現することができる。
【００１２】（参考例１） 図２は本発明による半導体光導波路に関連する参考例を
示す斜視図である。同図において、（１１１）面をもつ
ＩｎＰ基板１８上にＩｎＰからなるクラッド層を予め成
長した後、ストライプ状の間隙をもつ選択成長用ＳｉＯ
2 マスク２１を形成し、その間隙部分にＩｎＧａＡｓＰ
からなる光導波層１９と、ＩｎＰからなるクラッド層２
０とをリッジ形状として選択成長した構造を有してい
る。なお、２２は選択成長したリッジ側面で（０ バー
１ １）面、２３は選択成長したリッジ側面で（０ １
バー１）面、２４は選択成長したリッジ構造、２５は導
波光のフィード分布である。
示す斜視図である。同図において、（１１１）面をもつ
ＩｎＰ基板１８上にＩｎＰからなるクラッド層を予め成
長した後、ストライプ状の間隙をもつ選択成長用ＳｉＯ
2 マスク２１を形成し、その間隙部分にＩｎＧａＡｓＰ
からなる光導波層１９と、ＩｎＰからなるクラッド層２
０とをリッジ形状として選択成長した構造を有してい
る。なお、２２は選択成長したリッジ側面で（０ バー
１ １）面、２３は選択成長したリッジ側面で（０ １
バー１）面、２４は選択成長したリッジ構造、２５は導
波光のフィード分布である。
【００１３】このように構成された選択成長リッジ構造
２４においてもその側面が極めて平滑な（０ バー１
１）面２２と（０ １ バー１）面２３とを有しており、
これらの結晶面は（１１１）面をもつＩｎＰ基板１８の
表面に対して垂直となる。したがって本参考例に示した
光導波路を用いた場合にも前述した実施例と全く同様に
微小なスポットサイズをもつ低損失な単一横モード光導
波路を実現することができる。
２４においてもその側面が極めて平滑な（０ バー１
１）面２２と（０ １ バー１）面２３とを有しており、
これらの結晶面は（１１１）面をもつＩｎＰ基板１８の
表面に対して垂直となる。したがって本参考例に示した
光導波路を用いた場合にも前述した実施例と全く同様に
微小なスポットサイズをもつ低損失な単一横モード光導
波路を実現することができる。
【００１４】（参考例２） 図３は本発明による半導体光導波路の製造方法に関連す
る参考例を説明する工程の斜視図である。同図におい
て、まず、図３（ａ）に示すように化合物半導体の（１
１１）面をもつＩｎＰ基板２６上に図３（ｂ）に示すよ
うに例えばＳｉＯ2 などの選択成長用マスク２７を通常
の形成手段によりストライプ状の間隙部２８をもつよう
にして形成する。次に図３（ｃ）に示すように選択成長
用マスク２７間の間隙部２８内にストライプ形状を有す
る光導波路用単結晶膜２９を有機金属を用いた気相成長
技術を用いて選択成長させる。これによって平滑な側壁
表面をもち、かつ基板表面に対して垂直な側壁をもつよ
うなリッジ光導波路が容易に形成される。
る参考例を説明する工程の斜視図である。同図におい
て、まず、図３（ａ）に示すように化合物半導体の（１
１１）面をもつＩｎＰ基板２６上に図３（ｂ）に示すよ
うに例えばＳｉＯ2 などの選択成長用マスク２７を通常
の形成手段によりストライプ状の間隙部２８をもつよう
にして形成する。次に図３（ｃ）に示すように選択成長
用マスク２７間の間隙部２８内にストライプ形状を有す
る光導波路用単結晶膜２９を有機金属を用いた気相成長
技術を用いて選択成長させる。これによって平滑な側壁
表面をもち、かつ基板表面に対して垂直な側壁をもつよ
うなリッジ光導波路が容易に形成される。
【００１５】なお、前述した実施例では、光導波層とし
てＩｎＧａＡｓＰを用いた場合について説明したが、光
導波層に例えばＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰからなる
多重量子井戸構造を用いた場合においても、本発明の特
徴を何ら損なわれるものではない。
てＩｎＧａＡｓＰを用いた場合について説明したが、光
導波層に例えばＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰからなる
多重量子井戸構造を用いた場合においても、本発明の特
徴を何ら損なわれるものではない。
【００１６】また、前述した実施例では、ＩｎＰ系の材
料を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限
定されるものではなく、他の材料、例えばＧａＡｓ系を
用いた場合においても、本発明の特徴は全く同様であ
る。
料を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限
定されるものではなく、他の材料、例えばＧａＡｓ系を
用いた場合においても、本発明の特徴は全く同様であ
る。
【００１７】なお、前述した実施例においては、選択成
長用マスクとしてＳｉＯ2 を用いた場合について説明し
たが、この他にＳｉＮ，ＳｉＮx などを用いても良い。
長用マスクとしてＳｉＯ2 を用いた場合について説明し
たが、この他にＳｉＮ，ＳｉＮx などを用いても良い。
【００１８】さらに前述した実施例では、（１１１）面
をもつＩｎＰ基板上の選択成長リッジ光導波路について
説明したが、本発明の選択成長リッジ光導波路は、他の
｛１１１｝面をもつＩｎＰ基板、例えば（１ バー１ バ
ー１）面をもつＩｎＰ基板を用いた場合にも全く同様の
特徴をもつことは言うまでもない。
をもつＩｎＰ基板上の選択成長リッジ光導波路について
説明したが、本発明の選択成長リッジ光導波路は、他の
｛１１１｝面をもつＩｎＰ基板、例えば（１ バー１ バ
ー１）面をもつＩｎＰ基板を用いた場合にも全く同様の
特徴をもつことは言うまでもない。
【００１９】また、本発明に係わる光導波路では、選択
成長したリッジ構造を１μｍ程度にまで細くできる上に
その側面が基板表面に対して垂直であるので、少なくと
も２本の本実施例の光導波路を互いに平行に配置するこ
とによって結合長の短い方向性結合器を構成することが
可能である。
成長したリッジ構造を１μｍ程度にまで細くできる上に
その側面が基板表面に対して垂直であるので、少なくと
も２本の本実施例の光導波路を互いに平行に配置するこ
とによって結合長の短い方向性結合器を構成することが
可能である。
【００２０】
【発明の効果】以上、説明したように本発明による半導
体光導波路は、化合物半導体の｛１１１｝面をもつ基板
と、この基板上に形成された光導波層と、この光導波層
上の一部の領域に形成されたリッジ形状の第１のクラッ
ド層とを有している。第１のクラッド層の側面は極めて
平滑で基板表面に対して垂直となるので、従来不可能で
あった微小なスポットサイズを有する低損失な選択リッ
ジ成長光導波路が容易に実現可能となる。また、本発明
による半導体光導波路の製造方法によれば、化合物半導
体の｛１１１｝面をもつ基板上に光導波層を形成し、こ
の光導波層上にストライプ状の間隙をもつ選択成長用マ
スクを形成し、この間隙の部分にリッジ形状のクラッド
層を選択成長させることにより、選択リッジ構造が容易
にかつ高精度で形成することができる。さらにリッジ構
造側面の基板表面に対する垂直性により、本発明に係わ
る少なくとも２本の半導体光導波路を互いに平行にかつ
近接して配置できるので、結合長の短い方向性結合器を
構成することが可能となるなどの極めて優れた効果が得
られる。
体光導波路は、化合物半導体の｛１１１｝面をもつ基板
と、この基板上に形成された光導波層と、この光導波層
上の一部の領域に形成されたリッジ形状の第１のクラッ
ド層とを有している。第１のクラッド層の側面は極めて
平滑で基板表面に対して垂直となるので、従来不可能で
あった微小なスポットサイズを有する低損失な選択リッ
ジ成長光導波路が容易に実現可能となる。また、本発明
による半導体光導波路の製造方法によれば、化合物半導
体の｛１１１｝面をもつ基板上に光導波層を形成し、こ
の光導波層上にストライプ状の間隙をもつ選択成長用マ
スクを形成し、この間隙の部分にリッジ形状のクラッド
層を選択成長させることにより、選択リッジ構造が容易
にかつ高精度で形成することができる。さらにリッジ構
造側面の基板表面に対する垂直性により、本発明に係わ
る少なくとも２本の半導体光導波路を互いに平行にかつ
近接して配置できるので、結合長の短い方向性結合器を
構成することが可能となるなどの極めて優れた効果が得
られる。
【図１】本発明による半導体光導波路の一実施例による
構成を示す斜視図である。
構成を示す斜視図である。
【図２】本発明による半導体光導波路に関連する参考例
による構成を示す斜視図である。
による構成を示す斜視図である。
【図３】本発明による半導体光導波路の製造方法に関連
する参考例による工程を示す斜視図である。
する参考例による工程を示す斜視図である。
【図４】従来の半導体光導波路の構成を示す斜視図であ
る。
る。
９ （１１１）面をもつＩｎＰ基板 １０ ＩｎＧａＡｓＰ光導波層 １１ ＩｎＰクラッド層 １２ ＩｎＰクラッド層 １３ 選択成長用ＳｉＯ2 マスク １４ （０ バー１ １）面 １５ （０ １ バー１）面 １６ 選択成長したリッジ構造 １７ 導波光のフィード分布 １８ （１１１）面をもつＩｎＰ基板 １９ ＩｎＧａＡｓＰ光導波層 ２０ ＩｎＰクラッド層 ２１ 選択成長用ＳｉＯ2 マスク ２２ （０ バー１ １）面 ２３ （０ １ バー１）面 ２４ 選択成長したリッジ構造 ２５ 導波光のフィード分布 ２６ （１１１）面をもつＩｎＰ基板 ２７ 選択成長用マスク ２８ ストライプ状の間隙部 ２９ 光導波路用単結晶膜
フロントページの続き (72)発明者 渡部 直也 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 平４−111487（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−321677（ＪＰ，Ａ) 1991年電子情報通信学会秋季大会Ｃ− 132，ｐ．４−162 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 G02B 6/12 H01L 21/205
Claims (5)
- 【請求項１】 化合物半導体の｛１１１｝面をもつ基板
と、 この 基板上に形成された光導波層と、 この光導波層上の一部の領域に形成されたリッジ形状の
第１のクラッド層と を備えた ことを特徴とする半導体光
導波路。 - 【請求項２】 請求項１において、前記第１のクラッド層の側面は、前記基板の表面に対し
て垂直である ことを特徴とする半導体光導波路。 - 【請求項３】 請求項１または２において、前記光導波層上の全領域に形成された第２のクラッド層
を更に備え、 前記第１のクラッド層は、前記第２のクラッド層上に形
成されている ことを特徴とする半導体光導波路。 - 【請求項４】 請求項１〜３いずれか１項において、前記 光導波層として量子井戸構造または多重量子井戸構
造を有することを特徴とする半導体光導波路。 - 【請求項５】 化合物半導体の｛１１１｝面をもつ基板
上に光導波層を形成し、 この光導波層上に ストライプ状の間隙をもつ選択成長用
マスクを形成し、 前記間隙の部分にリッジ形状のクラッド層を選択成長さ
せることを特徴とする半導体光導波路の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29386791A JP3254466B2 (ja) | 1991-10-15 | 1991-10-15 | 半導体光導波路およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29386791A JP3254466B2 (ja) | 1991-10-15 | 1991-10-15 | 半導体光導波路およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05110208A JPH05110208A (ja) | 1993-04-30 |
| JP3254466B2 true JP3254466B2 (ja) | 2002-02-04 |
Family
ID=17800181
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29386791A Expired - Fee Related JP3254466B2 (ja) | 1991-10-15 | 1991-10-15 | 半導体光導波路およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3254466B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3285426B2 (ja) * | 1993-08-04 | 2002-05-27 | 株式会社日立製作所 | 半導体光集積素子及びその製造方法 |
| WO2011127840A1 (en) * | 2010-04-15 | 2011-10-20 | Shanghai Silight Technology Co., Ltd | Method for fabricating waveguides using epitaxial growth |
| JP6220614B2 (ja) | 2013-09-20 | 2017-10-25 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置の製造方法および半導体装置 |
| CN114035270B (zh) * | 2021-11-08 | 2023-10-13 | 浙江光特科技有限公司 | 一种光波导中金属刻蚀的方法 |
-
1991
- 1991-10-15 JP JP29386791A patent/JP3254466B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| １９９１年電子情報通信学会秋季大会Ｃ−１３２，ｐ．４−１６２ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05110208A (ja) | 1993-04-30 |
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