JP6006158B2 - Manufacturing method of light modulation waveguide - Google Patents
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Description
本発明は、窒化物半導体を用いた導波路構造の光変調導波路の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an optical modulation waveguide having a waveguide structure using a nitride semiconductor.
高速光通信システムや光情報処理システムにおけるキーデバイスの1つとして、光変調導波路がある。光変調導波路としては、例えば、LiNbO3(LN)等の誘電体を用いた光変調導波路や、半導体を用いた光変調導波路が用いられている。現在、LiNbO3を用いた変調器が、広く用いられている。 One of key devices in high-speed optical communication systems and optical information processing systems is an optical modulation waveguide. As the light modulation waveguide, for example, a light modulation waveguide using a dielectric such as LiNbO 3 (LN) or a light modulation waveguide using a semiconductor is used. Currently, modulators using LiNbO 3 are widely used.
ところで、変調のための印加電圧は、シグナル電極とグラウンド電極の間でかけられ、電極間の距離は10数μm程度になるが、LiNbO3材料は導電性が無いため、光の変調に必要な屈折率の変化を得るには、3〜5V程度の高い駆動電圧、および20〜40mm程度の電極長が必要となる。このため、LiNbO3を用いた導波路型の変調器は、消費電力が大きく、かつ光変調導波路の小型化を実現することができないという問題がある。 By the way, the applied voltage for modulation is applied between the signal electrode and the ground electrode, and the distance between the electrodes is about a few tens of μm. However, since the LiNbO 3 material is not conductive, refraction required for light modulation is required. To obtain a change in rate, a high driving voltage of about 3 to 5 V and an electrode length of about 20 to 40 mm are required. For this reason, the waveguide type modulator using LiNbO 3 has a problem that power consumption is large and miniaturization of the optical modulation waveguide cannot be realized.
導波路型の光変調器における低消費電力化および小型化を実現するため、GaN系光導波路を有するn−i−n構造の半導体光変調導波路が提案されている(特許文献1参照)。この光変調導波路について、図4の断面図を用いて簡単に説明する。光変調導波路400は、基板401上に、n−GaNからなる電極層402、i−AlGaNからなる下部クラッド層403、i−GaNからなるコア層404、i−AlGaNからなる上部クラッド層405、およびn−GaNからなる電極層406が順次積層されている。
In order to realize low power consumption and miniaturization in a waveguide type optical modulator, a semiconductor optical modulation waveguide having a nin structure having a GaN-based optical waveguide has been proposed (see Patent Document 1). This light modulation waveguide will be briefly described with reference to the cross-sectional view of FIG. The
下部クラッド層403,コア層404,上部クラッド層405,および電極層406によるハイメサ導波路構造は、基板401の上にn−GaN、i−AlGaN、i−GaN、i−AlGaN、およびn−GaNの各層をエピタキシャル成長した後、公知のリソグラフィープロセスおよびエッチングプロセスによりパターニングすることで形成している。また、上記ハイメサ構造を形成した後、電極層402上に電極407を形成し、電極層406上に電極408を形成する。
A high mesa waveguide structure including the
上述した光変調導波路400においては、電圧の印加は、光が閉じ込められている厚さ1μm程度の光導波路部分を挟む電極層402と電極層406との間で行われるため、LiNbO3変調導波路などに比べ、光の導波する領域(コア層404)に対して高密度な電界印加が可能である。このため、上記構造を用いることで、位相変調部の長さが3mm程度で駆動電圧が3V以下の、小型で低駆動電圧の光変調導波路を実現することが可能となる。
In the
ところで、窒化物半導体の成長は、一般にC面(0001)の法線方向であるC軸方向に進行する。また、基板としては、GaN基板のような窒化物半導体基板も使われるが、例えばC面サファイア基板、(0001)面シリコンカーバイド基板、(111)シリコン基板など、窒化物半導体ではない基板にヘテロ成長することが一般的である。 By the way, the growth of the nitride semiconductor generally proceeds in the C-axis direction which is the normal direction of the C plane (0001). As the substrate, a nitride semiconductor substrate such as a GaN substrate is also used, but hetero-growth on a substrate that is not a nitride semiconductor, such as a C-plane sapphire substrate, a (0001) plane silicon carbide substrate, or a (111) silicon substrate, for example. It is common to do.
このため、窒化物半導体と基板との間には、大きな格子不整合あるいは熱膨張係数の不整合が存在する。このように不整合があると、厚い層構造を成長した場合に、成長した窒化物半導体層にクラックの発生などの不具合が発生する可能性が高い(非特許文献2参照)。 For this reason, there is a large lattice mismatch or thermal expansion coefficient mismatch between the nitride semiconductor and the substrate. If there is such a mismatch, there is a high possibility that defects such as cracks occur in the grown nitride semiconductor layer when a thick layer structure is grown (see Non-Patent Document 2).
光導波路は、導波する光の波長程度よりも数倍大きなスケールの導波構造を必要とする。また、光通信用として応用する場合、使用する光の波長が1.3μm〜1.55μmである。これらのことより、例えばGaN系光導波路を光通信に適用する場合、少なくとも2〜3μm程度の厚さの窒化物半導体積層構造を形成することになる。 An optical waveguide requires a waveguide structure having a scale several times larger than the wavelength of light to be guided. When applied for optical communication, the wavelength of light used is 1.3 μm to 1.55 μm. For these reasons, for example, when a GaN-based optical waveguide is applied to optical communication, a nitride semiconductor multilayer structure having a thickness of at least about 2 to 3 μm is formed.
また、光導波路では、光を通す光導波層(コア)とこの光導波層を挟むクラッド層との間に屈折率差が必要となるが、これは窒化物半導体混晶の混晶比を変えることで実現される。例えば、組成の異なるAlGaNで光導波層およびクラッド層を形成することができる。しかしながら、この場合、組成の差に応じて格子不整合が生じ、やはり厚い層を成長することは転位や欠陥を発生させる可能性が大きくなる。 In addition, in the optical waveguide, a difference in refractive index is required between the optical waveguide layer (core) through which light passes and the cladding layer sandwiching the optical waveguide layer. This changes the mixed crystal ratio of the nitride semiconductor mixed crystal. This is realized. For example, the optical waveguide layer and the cladding layer can be formed of AlGaN having different compositions. However, in this case, lattice mismatch occurs according to the difference in composition, and growing a thick layer also increases the possibility of generating dislocations and defects.
以上のように、成長という観点からはできるだけ薄い層厚の積層構造にしたい半面、光導波路として用いるには厚い積層構造を作製しなければならないというトレードオフが存在するという課題があった。 As described above, from the viewpoint of growth, there is a problem in that there is a trade-off that a thick laminated structure must be prepared for use as an optical waveguide, on the other hand, while a thin laminated structure is desired.
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、窒化物半導体を用いた光変調導波路のコアにおける転移や欠陥などの発生が、抑制できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to suppress the occurrence of transition and defects in the core of an optical modulation waveguide using a nitride semiconductor. And
本発明に係る光変調導波路の製造方法は、第1クラッド層の上にエピタキシャル成長により窒化物半導体からなる第1コア層を形成する工程と、第2クラッド層の上にエピタキシャル成長により窒化物半導体からなる第2コア層を形成する工程と、第1クラッド層の上に形成された第1コア層と、第2クラッド層の上に形成された第2コア層とを貼り合わせて一体としたコアを形成した後に、第1クラッド層,コア,および第2クラッド層が積層された積層部をパターニングして所定の幅で延在する光導波路を形成する工程と、一体としたコアを形成した後で、第1クラッド層に接続する第1電極を形成する工程と、一体としたコアを形成した後で、第2クラッド層に接続する第2電極を形成する工程とを備える。 The method of manufacturing an optical modulation waveguide according to the present invention includes a step of forming a first core layer made of a nitride semiconductor by epitaxial growth on a first cladding layer, and a nitride semiconductor by epitaxial growth on a second cladding layer. Forming a second core layer, a first core layer formed on the first clad layer, and a second core layer formed on the second clad layer are bonded together to form an integral core After forming, the step of patterning the laminated portion in which the first clad layer, the core, and the second clad layer are laminated to form an optical waveguide extending with a predetermined width and the integral core are formed. Later, the method includes a step of forming a first electrode connected to the first cladding layer, and a step of forming a second electrode connected to the second cladding layer after forming an integral core.
上記光変調導波路の製造方法において、第1コア層を形成する前に、エピタキシャル成長により第1基板の上に窒化物半導体からなる第1クラッド層を形成する工程と、第2コア層を形成する前に、エピタキシャル成長により第2基板の上に窒化物半導体からなる第2クラッド層を形成する工程と、一体としたコアを形成した後で、第2電極を形成する前に第2基板を除去する工程とを備えるようにしてもよい。 In the method for manufacturing an optical modulation waveguide, before forming the first core layer, a step of forming a first cladding layer made of a nitride semiconductor on the first substrate by epitaxial growth and a second core layer are formed. Before the second electrode is formed, the second substrate is removed after the step of forming a second cladding layer made of a nitride semiconductor on the second substrate by epitaxial growth and the formation of the integral core. You may make it provide a process.
上記光変調導波路の製造方法において、第1クラッド層を形成する前に、第1基板の上にエピタキシャル成長により第1コンタクト層を形成する工程と、第2クラッド層を形成する前に、第2基板の上にエピタキシャル成長により第2コンタクト層を形成する工程とを備え、第1クラッド層は第1コンタクト層の上に形成し、第2クラッド層は第2コンタクト層の上に形成するようにしてもよい。 In the method for manufacturing an optical modulation waveguide, the step of forming the first contact layer by epitaxial growth on the first substrate before forming the first cladding layer, and the step of forming the second cladding layer before forming the second cladding layer. Forming a second contact layer on the substrate by epitaxial growth, wherein the first cladding layer is formed on the first contact layer, and the second cladding layer is formed on the second contact layer. Also good.
上記光変調導波路の製造方法において、第1コア層を形成する前に、エピタキシャル成長により導電性を有する第1基板の上に窒化物半導体からなる第1クラッド層を形成する工程と、第2コア層を形成する前に、エピタキシャル成長により導電性を有する第2基板の上に窒化物半導体からなる第2クラッド層を形成する工程と、一体としたコアを形成した後で、第1電極を第1基板を介して第1クラッド層に接続する工程と、一体としたコアを形成した後で、第2電極を第2基板を介して第2クラッド層に接続する工程とを備えるようにしてもよい。 In the method of manufacturing an optical modulation waveguide, before forming the first core layer, a step of forming a first cladding layer made of a nitride semiconductor on a first substrate having conductivity by epitaxial growth, and a second core Before forming the layer, the step of forming a second cladding layer made of a nitride semiconductor on the second substrate having conductivity by epitaxial growth, and after forming the integral core, the first electrode is connected to the first electrode. There may be provided a step of connecting to the first cladding layer via the substrate and a step of connecting the second electrode to the second cladding layer via the second substrate after forming the integral core. .
上記光変調導波路の製造方法において、第1クラッド層および第2クラッド層は、導電性を有する材料から構成してもよい。 In the method for manufacturing an optical modulation waveguide, the first cladding layer and the second cladding layer may be made of a conductive material.
以上説明したことにより、本発明によれば、窒化物半導体を用いた光変調導波路のコアにおける転移や欠陥などの発生が、抑制できるようになるという優れた効果が得られる。 As described above, according to the present invention, it is possible to obtain an excellent effect that generation of transitions and defects in the core of the light modulation waveguide using the nitride semiconductor can be suppressed.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[実施の形態1]
はじめに、本発明の実施の形態1について、図1A〜図1Hを用いて説明する。図1A〜図1Hは、本発明の実施の形態1における光変調導波路の製造方法における途中工程の状態を模式的に示す断面図である。
[Embodiment 1]
First, Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A to 1H. 1A to 1H are cross-sectional views schematically showing a state of an intermediate step in the method for manufacturing an optical modulation waveguide in the first embodiment of the present invention.
まず、図1Aに示すように、第1基板101を用意する。次いで、図1Bに示すように、第1基板101の上に、まず、窒化物半導体からなる第1コンタクト層102,窒化物半導体からなる第1クラッド層103,および窒化物半導体からなる第1コア層104を、順次にエピタキシャル成長する。
First, as shown in FIG. 1A, a
次に、図1Cに示すように、第2基板121を用意する。次いで、図1Dに示すように、第2基板121の上に、窒化物半導体からなる第2コンタクト層122,窒化物半導体からなる第2クラッド層123,および窒化物半導体からなる第2コア層124を、順次にエピタキシャル成長する。
Next, as shown in FIG. 1C, a
例えば、第1基板101および第2基板121は、主表面の面方位がC面とされたサファイア(コランダム)から構成すればよい。また、第1コンタクト層102および第2コンタクト層122は、5×1018cm-3程度でシリコンをドープしたGaNから構成すればよく、また、層厚は2000nm程度とすればよい。また、第1クラッド層103および第2クラッド層123は、5×1018cm-3程度でシリコンをドープしたAlGaNから構成すればよい。
For example, the
ここで、各クラッド層を2つの層から構成し、コア層側の層は、組成が変化する状態としてもよい。例えば、コンタクト層側は、5×1018cm-3程度でシリコンをドープしたAl0.15Ga0.85Nから構成して層厚400nm程度の層とし、コア層側には、5×1018cm-3程度でシリコンをドープしたAlGaNからなる層厚50nmの組成傾斜層とすればよい。組成傾斜層においては、Alの組成を15%から10%まで変化させればよい。組成傾斜層を用いることで、Al0.15Ga0.85Nから構成して層厚400nm程度のクラッド層と、コア層におけるAl組成の違いを埋めることができる。 Here, each cladding layer may be composed of two layers, and the layer on the core layer side may be in a state in which the composition changes. For example, the contact layer side is made of Al 0.15 Ga 0.85 N doped with silicon at about 5 × 10 18 cm −3 and has a layer thickness of about 400 nm, and the core layer side has 5 × 10 18 cm −3. A composition gradient layer made of AlGaN doped with silicon and having a thickness of about 50 nm may be used. In the composition gradient layer, the Al composition may be changed from 15% to 10%. By using the composition gradient layer, the difference in Al composition between the core layer and the clad layer composed of Al 0.15 Ga 0.85 N and having a thickness of about 400 nm can be filled.
第1コア層104および第2コア層124は、例えば、AlNの層とGaNの層とから構成した多重量子井戸構造とすればよい。例えば、各コア層は、層厚2nmのAlN層と層厚18nmのGaN層とが交互に15組積層された多重量子井戸構造とすればよい。
The
また、上述した各層は、よく知られた有機金属化学気相成長(MOCVD)法や分子線エピタキシー(MBE)法などにより、エピタキシャル成長させることで形成すればよい。 Further, each layer described above may be formed by epitaxial growth by a well-known metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method or molecular beam epitaxy (MBE) method.
次に、図1Eに示すように、第1コア層104と第2コア層124とを貼り合わせる。この貼り合わせにより、第1コア層104と第2コア層124とを一体としたコア140を形成する。ここで、所望のコア140の層厚に対し、第1コア層104および第2コア層124は、半分の厚さとしてあればよい。なお、第1コア層104と第2コア層124の合計の厚さが、所望とするコア140の厚さとなっていればよい。このように、第1コア層104および第2コア層124は、厚く形成する必要がないので、組成の差に応じた格子不整合の発生による、転位や欠陥の発生が抑制できるようになる。
Next, as shown in FIG. 1E, the
例えば、表面活性化接合(SAB)法もしくは原子拡散接合(ADB)法などの直接接合により、第1コア層104と第2コア層124とを貼り合わせればよい。また、UV樹脂,接着剤,低融点ガラスを用いる間接接合により、第1コア層104と第2コア層124とを貼り合わせてもよい。ただし、この間接接合では、コアとは異なる材料が存在する接合面がコア140の中心に位置することになるため、直接接合のほうが望ましい。ただし、接合面に挟む接着剤などとして光導波に影響を及ぼさない材料を用いる場合、間接接合であってもよい。
For example, the
上述したように一体としたコア140を形成した後で、第2基板121を除去し、図1Fに示すように、第2コンタクト層122の一方の面を露出させる。第2コンタクト層122の他方の面には、第2クラッド層123が形成されている。例えば、化学的機械的研磨法などにより第2基板121を除去すればよい。
After forming the
次に、第1クラッド層103,コア140(第1コア層104,第2コア層124),第2クラッド層123,および第2コンタクト層122からなる積層部を、よく知られたリソグラフィー技術およびエッチング美術によりパターニングし、図1Gに示すように、所定の幅で延在する光導波路となるメサ構造とする。この光導波路は、図1Gの紙面の手前から奥にかけて延在する。従って、図1A〜図1Hは、光導波路とした場合の光が導波する方向に垂直な断面を示していることになる。
Next, a laminated portion composed of the
次に、図1Hに示すように、電界変調を加えるための第1電極105および第2電極106を形成する。実施の形態1では、メサ構造を形成したことにより露出した第1コンタクト層102の表面に第1電極105を形成する。また、第2電極106は、第2コンタクト層122の一方の面に形成する。この場合、第1電極105は、第1コンタクト層102を介して第1クラッド層103に接続し、第2電極106は 第2コンタクト層122を介して第2クラッド層123に接続する。
Next, as shown in FIG. 1H, a
上述した実施の形態1によれば、第1コア層104および第2コア層124を貼り合わせることで、コア140を得るようにしているので、各々の層の形成においては、厚く形成する必要がなく、組成の差に応じた格子不整合の発生による、転位や欠陥の発生が抑制できるようになる。
According to the first embodiment described above, since the
[実施の形態2]
次に、本発明の実施の形態2について、図2A〜図2Hを用いて説明する。図2A〜図2Hは、本発明の実施の形態2における光変調導波路の製造方法における途中工程の状態を模式的に示す断面図である。
[Embodiment 2]
Next, Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIGS. 2A to 2H. 2A to 2H are cross-sectional views schematically showing a state of an intermediate step in the method for manufacturing an optical modulation waveguide in the second embodiment of the present invention.
まず、図2Aに示すように、導電性を有する第1基板201を用意する。次いで、図2Bに示すように、第1基板201の上に、窒化物半導体からなる第1クラッド層202および窒化物半導体からなる第1コア層203を、順次にエピタキシャル成長する。
First, as shown in FIG. 2A, a
次に、図2Cに示すように、導電性を有する第2基板221を用意する。次いで、図2Dに示すように、第2基板221の上に、窒化物半導体からなる第2クラッド層222および窒化物半導体からなる第2コア層223を、順次にエピタキシャル成長する。
Next, as shown in FIG. 2C, a
例えば、第1基板201および第2基板221は、例えば、低抵抗(典型的には抵抗率が0.1Ω・cm未満)のシリコンから構成すればよい。また、第1クラッド層202および第2クラッド層222は、アンドープのAlNから構成すればよい。
For example, the
ここで、各クラッド層を2つの層から構成し、コア層側の層は、組成が変化する状態としてもよい。例えば、基板の側は、アンドープのAlNから構成して層厚400nm程度の層とし、コア層側には、アンドープのAlGaNからなる層厚100nmの組成傾斜層とすればよい。組成傾斜層においては、Alの組成を30%から0%まで変化させればよい。組成傾斜層を用いることで、アンドープのAlNから構成して層厚400nm程度のクラッド層と、コア層におけるAl組成の違いを埋めることができる。 Here, each cladding layer may be composed of two layers, and the layer on the core layer side may be in a state in which the composition changes. For example, the substrate side may be made of undoped AlN and have a layer thickness of about 400 nm, and the core layer side may be a composition gradient layer made of undoped AlGaN with a layer thickness of 100 nm. In the composition gradient layer, the Al composition may be changed from 30% to 0%. By using the composition gradient layer, the difference in Al composition between the core layer and the clad layer composed of undoped AlN and having a thickness of about 400 nm can be filled.
第1コア層203および第2コア層223は、例えば、AlNの層とGaNの層とから構成した多重量子井戸構造とすればよい。例えば、各コア層は、層厚2nmのAlN層と層厚18nmのGaN層とが交互に15組積層された多重量子井戸構造とすればよい。
The
また、上述した各層は、よく知られた有機金属化学気相成長法や分子線エピタキシー法などにより、エピタキシャル成長させることで形成すればよい。 Each layer described above may be formed by epitaxial growth by a well-known metal organic chemical vapor deposition method or molecular beam epitaxy method.
次に、図2Eに示すように、第1コア層203と第2コア層223とを貼り合わせる。この貼り合わせにより、第1コア層203と第2コア層223とを一体としたコア230を形成する。ここで、所望のコア230の層厚に対し、第1コア層203および第2コア層223は、半分の厚さとしてあればよい。なお、第1コア層203と第2コア層223の合計の厚さが、所望とするコア230の厚さとなっていればよい。このように、第1コア層203および第2コア層223は、厚く形成する必要がないので、組成の差に応じた格子不整合の発生による、転位や欠陥の発生が抑制できるようになる。
Next, as shown in FIG. 2E, the
例えば、表面活性化接合法もしくは原子拡散接合法などの直接接合により、第1コア層203と第2コア層223とを貼り合わせればよい。また、UV樹脂,接着剤,低融点ガラスを用いる間接接合により、第1コア層203と第2コア層223とを貼り合わせてもよい。ただし、この間接接合では、コアとは異なる材料が存在する接合面がコア230の中心に位置することになるため、直接接合のほうが望ましい。ただし、接合面に挟む接着剤などとして光導波に影響を及ぼさない材料を用いる場合、間接接合であってもよい。
For example, the
上述したように一体としたコア230を形成した後で、図2Hに示すように、第2基板221を薄くする。次に、図2Gに示すように、第1基板201の裏面側に、第1電極205を形成する。また、薄くした第2基板221の裏面側に、所定の形状の第2電極206を形成する。なお、第2基板221の第2クラッド層222形成面を表面とし、この反対側の面を裏面としている。この場合、第1電極205は、第1基板201を介して第1クラッド層202に接続し、第2電極206は、第2基板221を介して第2クラッド層222に接続する。ここで、第2電極206の平面視の形状(特に幅)は、後述する導波路となるメサ構造の平面視の幅としておく。
After the
次に、厚さ方向に一部の第1基板201,第1クラッド層202,コア230(第1コア層203,第2コア層223),第2クラッド層222,および第2基板221からなる積層部を、よく知られたリソグラフィー技術およびエッチング美術によりパターニングし、図2Hに示すように、所定の幅で延在する光導波路となるメサ構造とする。この光導波路は、図2Gの紙面の手前から奥にかけて延在する。従って、図2A〜図2Hは、光導波路とした場合の光が導波する方向に垂直な断面を示していることになる。
Next, a part of the
上述した実施の形態2においても、第1コア層203および第2コア層223を貼り合わせることで、コア230を得るようにしているので、各々の層の形成においては、厚く形成する必要がなく、組成の差に応じた格子不整合の発生による、転位や欠陥の発生が抑制できるようになる。
Also in the second embodiment described above, the
[実施の形態3]
次に、本発明の実施の形態3について、図3A〜図3Hを用いて説明する。図3A〜図3Hは、本発明の実施の形態3における光変調導波路の製造方法における途中工程の状態を模式的に示す断面図である。
[Embodiment 3]
Next, Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIGS. 3A to 3H. 3A to 3H are cross-sectional views schematically showing a state of an intermediate process in the method for manufacturing an optical modulation waveguide according to Embodiment 3 of the present invention.
まず、図3Aに示すように、導電性を有する第1基板301を用意する。次いで、図3Bに示すように、第1基板301の上に、窒化物半導体からなる第1コア層302をエピタキシャル成長する。次に、図3Cに示すように、導電性を有する第2基板321を用意する。次いで、図3Dに示すように、第2基板321の上に、第2コア層322をエピタキシャル成長する。実施の形態3では、第1基板301が第1クラッド層となり、第2基板321が第2クラッド層となる。
First, as shown in FIG. 3A, a
例えば、第1基板301および第2基板321は、例えば、低抵抗(典型的には抵抗率0.1Ω・cm未満)のβ−Ga2O3基板から構成すればよい。また、第1コア層302および第2コア層322は、例えば、AlNの層とGaNの層とから構成した多重量子井戸構造とすればよい。例えば、各コア層は、層厚2nmのAlN層と層厚18nmのGaN層とが交互に15組積層された多重量子井戸構造とすればよい。
For example, the
また、上述した各層は、よく知られた有機金属化学気相成長法や分子線エピタキシー法などにより、エピタキシャル成長させることで形成すればよい。なお、第1コア層302と第1基板301との間に、バッファ層としてシリコンをドープしたGaNの層を形成してもよい。言い換えると、第1基板301の上に、シリコンをドープしたGaNの層を形成してから、上述した構成の第1コア層302を形成してもよい。同様に、第2コア層322と第2基板321との間に、バッファ層としてシリコンをドープしたGaNの層を形成してもよい。
Each layer described above may be formed by epitaxial growth by a well-known metal organic chemical vapor deposition method or molecular beam epitaxy method. Note that a GaN layer doped with silicon may be formed as a buffer layer between the
次に、図3Eに示すように、第1コア層302と第2コア層322とを貼り合わせる。この貼り合わせにより、第1コア層302と第2コア層322とを一体としたコア330を形成する。ここで、所望のコア330の層厚に対し、第1コア層302および第2コア層322は、半分の厚さとしてあればよい。なお、第1コア層302と第2コア層322の合計の厚さが、所望とするコア330の厚さとなっていればよい。このように、第1コア層302および第2コア層322は、厚く形成する必要がないので、組成の差に応じた格子不整合の発生による、転位や欠陥の発生が抑制できるようになる。
Next, as shown in FIG. 3E, the
例えば、表面活性化接合法もしくは原子拡散接合法などの直接接合により、第1コア層302と第2コア層322とを貼り合わせればよい。また、UV樹脂,接着剤,低融点ガラスを用いる間接接合により、第1コア層302と第2コア層322とを貼り合わせてもよい。ただし、この間接接合では、コアとは異なる材料が存在する接合面がコア330の中心に位置することになるため、直接接合のほうが望ましい。ただし、接合面に挟む接着剤等として光導波に影響を及ぼさない材料を用いる場合、間接接合であってもよい。
For example, the
上述したように一体としたコア330を形成した後で、図3Hに示すように、第2基板321を薄くする。次に、図3Gに示すように、第1基板301の裏面側に、第1電極305を形成する。また、薄くした第2基板321の裏面側に、平面視が所定の形状の第2電極306を形成する。なお、第2基板321の第2コア層322形成面を表面とし、この反対側の面を裏面としている。この場合、第1電極305は、第1クラッド層である第1基板301に直接接続し、第2電極306は、第2クラッド層である第2基板321に直接接続する状態となる。ここで、第2電極306の平面視の形状(幅)は、後述する光導波路とするメサ構造の平面視の形状(幅)としておく。
After the
次に、厚さ方向に一部の第1基板301,コア330(第1コア層302,第2コア層322),および第2基板321からなる積層部を、よく知られたリソグラフィー技術およびエッチング美術によりパターニングし、図3Hに示すように、所定の幅で延在する光導波路となるメサ構造とする。この光導波路は、図3Gの紙面の手前から奥にかけて延在する。従って、図3A〜図3Hは、光導波路とした場合の光が導波する方向に垂直な断面を示していることになる。
Next, a well-known lithography technique and etching are performed on a laminated portion including a part of the
上述した実施の形態3においても、第1コア層302および第2コア層322を貼り合わせることで、コア330を得るようにしているので、各々の層の形成においては、厚く形成する必要がなく、組成の差に応じた格子不整合の発生による、転位や欠陥の発生が抑制できるようになる。
Also in Embodiment 3 described above, since the
また、実施の形態3においては、積層構造全体の層厚が薄いため、前述した実施の形態1および実施の形態2の構成では用いた組成傾斜層を用いることなく、基板接合処理を円滑に進める程度の平坦性が確保できる。なお、コアの構造などによって平坦性が悪くなる場合には、組成傾斜層を用いるようにしてもよい。 In the third embodiment, since the layer thickness of the entire laminated structure is thin, the substrate bonding process is smoothly advanced without using the composition gradient layer used in the configurations of the first and second embodiments. A degree of flatness can be secured. In the case where the flatness is deteriorated due to the structure of the core or the like, a composition gradient layer may be used.
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、上述した実施の形態で説明した材料以外であっても、基板の要件、クラッド層およびコアとしての屈折率の関係などが、光導波路として求められる関係を持たしている範囲であれば、他の材料・構造であっても本発明の効果が得られるのは、言うまでもない。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and many modifications and combinations can be implemented by those having ordinary knowledge in the art within the technical idea of the present invention. It is obvious. For example, even if it is other than the materials described in the above-described embodiments, if the requirements of the substrate, the relationship between the refractive index as the cladding layer and the core, etc. are in the range having the relationship required as an optical waveguide, It goes without saying that the effects of the present invention can be obtained with other materials and structures.
101…第1基板、102…第1コンタクト層、103…第1クラッド層、104…第1コア層、105…第1電極、106…第2電極、121…第2基板、122…第2コンタクト層、123…第2クラッド層、124…第2コア層、140…コア。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
第2クラッド層の上にエピタキシャル成長により窒化物半導体からなる第2コア層を形成する工程と、
前記第1クラッド層の上に形成された前記第1コア層と、前記第2クラッド層の上に形成された前記第2コア層とを貼り合わせて一体としたコアを形成した後に、前記第1クラッド層,前記コア,および前記第2クラッド層が積層された積層部をパターニングして所定の幅で延在する光導波路を形成する工程と、
一体とした前記コアを形成した後で、前記第1クラッド層に接続する第1電極を形成する工程と、
一体とした前記コアを形成した後で、前記第2クラッド層に接続する第2電極を形成する工程と
を備えることを特徴とする光変調導波路の製造方法。 Forming a first core layer made of a nitride semiconductor by epitaxial growth on the first cladding layer;
Forming a second core layer made of a nitride semiconductor by epitaxial growth on the second cladding layer;
Said first core layer formed on the first cladding layer, after forming the core and integrally bonded to said formed on the second cladding layer and the second core layer, wherein Patterning a laminated portion in which the first clad layer, the core, and the second clad layer are laminated to form an optical waveguide extending with a predetermined width ; and
Forming a first electrode connected to the first cladding layer after forming the integral core;
And forming a second electrode connected to the second cladding layer after forming the integrated core. A method for manufacturing an optical modulation waveguide, comprising:
前記第1コア層を形成する前に、エピタキシャル成長により第1基板の上に窒化物半導体からなる前記第1クラッド層を形成する工程と、
前記第2コア層を形成する前に、エピタキシャル成長により第2基板の上に窒化物半導体からなる前記第2クラッド層を形成する工程と、
一体とした前記コアを形成した後で、前記第2電極を形成する前に前記第2基板を除去する工程と
を備えることを特徴とする光変調導波路の製造方法。 In the manufacturing method of the light modulation waveguide of Claim 1,
Forming the first cladding layer made of a nitride semiconductor on the first substrate by epitaxial growth before forming the first core layer;
Forming the second cladding layer made of a nitride semiconductor on the second substrate by epitaxial growth before forming the second core layer;
And a step of removing the second substrate after forming the integrated core and before forming the second electrode.
前記第1クラッド層を形成する前に、前記第1基板の上にエピタキシャル成長により第1コンタクト層を形成する工程と、
前記第2クラッド層を形成する前に、前記第2基板の上にエピタキシャル成長により第2コンタクト層を形成する工程と
を備え、
前記第1クラッド層は前記第1コンタクト層の上に形成し、
前記第2クラッド層は前記第2コンタクト層の上に形成する
ことを特徴とする光変調導波路の製造方法。 In the manufacturing method of the light modulation waveguide of Claim 2,
Forming a first contact layer by epitaxial growth on the first substrate before forming the first cladding layer;
Forming a second contact layer by epitaxial growth on the second substrate before forming the second cladding layer, and
The first cladding layer is formed on the first contact layer;
The method of manufacturing an optical modulation waveguide, wherein the second cladding layer is formed on the second contact layer.
前記第1コア層を形成する前に、エピタキシャル成長により導電性を有する第1基板の上に窒化物半導体からなる前記第1クラッド層を形成する工程と、
前記第2コア層を形成する前に、エピタキシャル成長により導電性を有する第2基板の上に窒化物半導体からなる前記第2クラッド層を形成する工程と、
一体とした前記コアを形成した後で、前記第1電極を前記第1基板を介して前記第1クラッド層に接続する工程と、
一体とした前記コアを形成した後で、前記第2電極を前記第2基板を介して前記第2クラッド層に接続する工程と
を備えることを特徴とする光変調導波路の製造方法。 In the manufacturing method of the light modulation waveguide of Claim 1,
Before forming the first core layer, forming the first cladding layer made of a nitride semiconductor on the first substrate having conductivity by epitaxial growth;
Forming the second cladding layer made of a nitride semiconductor on the second substrate having conductivity by epitaxial growth before forming the second core layer;
Connecting the first electrode to the first cladding layer via the first substrate after forming the integral core; and
And a step of connecting the second electrode to the second clad layer through the second substrate after forming the integrated core.
前記第1クラッド層および前記第2クラッド層は、導電性を有する材料から構成することを特徴とする光変調導波路の製造方法。 In the manufacturing method of the light modulation waveguide of Claim 1,
The method of manufacturing an optical modulation waveguide, wherein the first cladding layer and the second cladding layer are made of a conductive material.
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