JPH02251909A - 光導波路 - Google Patents
光導波路Info
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- JPH02251909A JPH02251909A JP7420789A JP7420789A JPH02251909A JP H02251909 A JPH02251909 A JP H02251909A JP 7420789 A JP7420789 A JP 7420789A JP 7420789 A JP7420789 A JP 7420789A JP H02251909 A JPH02251909 A JP H02251909A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は半導体光導波路の構造に関する。
［従来の技術］
半導体材料を用いて構成する光導波素子は、光源・光検
出素子および電子デバイス等を、同一基板上に形成する
光電子集積回路（ＯＥＩＣ）を実現するに上で、キーデ
バイスである。また８００ｎｍ近傍のいわゆる短波長帯
の光デバイスは、光ディスクやレーザビームプリンタの
ような高密度光情報処理システムなどに広く応用され数
多くの研究もなされている。しかしながら、この波長帯
の集積光学の分野はその進歩は充分なものではない。こ
の一つの原因は、上記波長帯での光導波路の伝搬損失が
比較的高いことにある。この問題に対し、ヨコガワ、オ
グラ等、アプライド・フィジックス・レター（Ｙｏｋｏ
ｇａｗａ、Ｏｇｕｒａｅｔ、ａｌ： Ａｐｐｌ、Ｐｈｙ
ｓ、Ｌｅｔｔ、）Ｖｏｌ、５２．Ｎｏ、２．ｐ１２０．
１９８８に記載されている構造のものがあった。第３図
にその構造斜視図を示す。ここで３０１はＧａＡｓ基板
、３０２はＺｎＳよりなるクラッド層、３゜３はＺｎ５
ｅ−ＺｎＳ超格子より成る導波路層、３０４はストライ
プ状のＳ ｉ Ｏ２クラッド層である。
出素子および電子デバイス等を、同一基板上に形成する
光電子集積回路（ＯＥＩＣ）を実現するに上で、キーデ
バイスである。また８００ｎｍ近傍のいわゆる短波長帯
の光デバイスは、光ディスクやレーザビームプリンタの
ような高密度光情報処理システムなどに広く応用され数
多くの研究もなされている。しかしながら、この波長帯
の集積光学の分野はその進歩は充分なものではない。こ
の一つの原因は、上記波長帯での光導波路の伝搬損失が
比較的高いことにある。この問題に対し、ヨコガワ、オ
グラ等、アプライド・フィジックス・レター（Ｙｏｋｏ
ｇａｗａ、Ｏｇｕｒａｅｔ、ａｌ： Ａｐｐｌ、Ｐｈｙ
ｓ、Ｌｅｔｔ、）Ｖｏｌ、５２．Ｎｏ、２．ｐ１２０．
１９８８に記載されている構造のものがあった。第３図
にその構造斜視図を示す。ここで３０１はＧａＡｓ基板
、３０２はＺｎＳよりなるクラッド層、３゜３はＺｎ５
ｅ−ＺｎＳ超格子より成る導波路層、３０４はストライ
プ状のＳ ｉ Ｏ２クラッド層である。
［発明が解決しようとする課題］
しかし、前述の従来技術では、次のような課題を有して
いる。
いる。
１）ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であるＧａＡｓ基板と、
■−■族化合物半導体であるＺｎＳ、Ｚｎ５ｅ層との間
には、大きな格子不整合が存在する。したがって第３図
に示す構造のごと（ＧａＡｓ基板上に成長されたＺｎＳ
クラッド層には格子不整合に起因する転位等が発生する
ため結晶性が低下する。
■−■族化合物半導体であるＺｎＳ、Ｚｎ５ｅ層との間
には、大きな格子不整合が存在する。したがって第３図
に示す構造のごと（ＧａＡｓ基板上に成長されたＺｎＳ
クラッド層には格子不整合に起因する転位等が発生する
ため結晶性が低下する。
２）したがって、導波光の光導波路からＺｎＳクラッド
層にしみだした部分が損失を受は導波損失が増加する。
層にしみだした部分が損失を受は導波損失が増加する。
３）光導波路層は超格子層として、格子不整合に起因す
るストレスを緩和する構造としているが、前記ＺｎＳ層
上への成長であり光導波路としての損失は大である。
るストレスを緩和する構造としているが、前記ＺｎＳ層
上への成長であり光導波路としての損失は大である。
４）上部クラッド層は５ｉＯａをし用しているが、Ｓ
ｉ Ｏ２の熱膨張係数と、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体及
び■−■族化合物半導体の熱膨張係数との差は大であり
、プロセス終了後素子に熱膨張係数差に起因ストレスが
光の伝搬に影響し、伝搬損失の低減には不利である。
ｉ Ｏ２の熱膨張係数と、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体及
び■−■族化合物半導体の熱膨張係数との差は大であり
、プロセス終了後素子に熱膨張係数差に起因ストレスが
光の伝搬に影響し、伝搬損失の低減には不利である。
５）上側クラッド層はＳ ｉ Ｏ２のみであり、かつ５
１０２ストライプ不以外は露出している。よってストラ
イプ端での伝搬光の散乱損失が避けられない。
１０２ストライプ不以外は露出している。よってストラ
イプ端での伝搬光の散乱損失が避けられない。
そこで本発明はこの様な課題を解決するもので、その目
的は、光導波路層及びそれを挟むクラッド層を基板に格
子整合あるいはほぼ格子整合した材料とし、かつ結晶性
の優れた■−ｖ族化合物半導体とし、その上にＩＩ−Ｖ
Ｉ族化合物半導体を有する構造とすることで、きわめて
伝搬損失の少ない光導波路を提供することにある。
的は、光導波路層及びそれを挟むクラッド層を基板に格
子整合あるいはほぼ格子整合した材料とし、かつ結晶性
の優れた■−ｖ族化合物半導体とし、その上にＩＩ−Ｖ
Ｉ族化合物半導体を有する構造とすることで、きわめて
伝搬損失の少ない光導波路を提供することにある。
［課題を解決するための手段］
本発明による光導波路は、■−Ｖ族化合物半導体基板上
に、■−ｖ族化合物半導体より成る第１のクラッド層、
該第１のクラッド層より屈折率の大なる■−Ｖ族化合物
半導体より成る光導波路層、該光導波路層より屈折率の
小なる■−ｖ族化合物半導体より成る第２のクラッド層
およびストライブ状のＩＩ−ＶＴ族化合物半導体より成
る第３のクラッド層を順次積層して成る構造を特徴とす
る。
に、■−ｖ族化合物半導体より成る第１のクラッド層、
該第１のクラッド層より屈折率の大なる■−Ｖ族化合物
半導体より成る光導波路層、該光導波路層より屈折率の
小なる■−ｖ族化合物半導体より成る第２のクラッド層
およびストライブ状のＩＩ−ＶＴ族化合物半導体より成
る第３のクラッド層を順次積層して成る構造を特徴とす
る。
［実 施 例］
第１図は本発明の実施例に於ける斜視図である。
ここで、１０１はＧａＡｓ基板、 １０２はＡｌ。
Ｇ ａ ＋ ’−ｘ Ａ Ｓ第１のクラッド層、１０３
はＡＩ、Ｇａ１−ｙＡｓ光導波路層（ｘ＞ｙ）、１０４
はＡ１、Ｇ ａ ＋−よＡｓ第２のクラッド層（ｚ＞ｙ
）でありすべてＩＩＩ −Ｖ族化合物半導体である。ま
た１０５は１ｌ−ＶＩ族化合物半導体であるＺｎ５ｅ第
３のクラッド層である。
はＡＩ、Ｇａ１−ｙＡｓ光導波路層（ｘ＞ｙ）、１０４
はＡ１、Ｇ ａ ＋−よＡｓ第２のクラッド層（ｚ＞ｙ
）でありすべてＩＩＩ −Ｖ族化合物半導体である。ま
た１０５は１ｌ−ＶＩ族化合物半導体であるＺｎ５ｅ第
３のクラッド層である。
第２図は実施例を実現するためのプロセス工程図である
。 最初に■−Ｖ族化合物半導体であるＧａＡｓ基板
２０１上に、同じ（ｍ＝Ｖ族化合物半導体であるＡ Ｉ
Ｘ Ｇ ａ ＋ −ｘ Ａ Ｓクラッド層２０２、Ａ
ｌ ｙＧ ａ ｌ−１１Ａ Ｓ光導波路層２０３、
ＡｌＧａＡｓ （第２図（ａ））積層方法には、液層成長法（ＬＰＥ法
）、有機金属気層成長法（ＭＯＣＶＤ法）、および分子
線成長法（Ｍ Ｂ Ｅ ｆｉＪ等の手段の適用が可能で
ある。続いて２酸化シリコン等誘電体薄［２０６を積層
し、第２図（Ｃ）の斜線の如く形状にエツチングする。
。 最初に■−Ｖ族化合物半導体であるＧａＡｓ基板
２０１上に、同じ（ｍ＝Ｖ族化合物半導体であるＡ Ｉ
Ｘ Ｇ ａ ＋ −ｘ Ａ Ｓクラッド層２０２、Ａ
ｌ ｙＧ ａ ｌ−１１Ａ Ｓ光導波路層２０３、
ＡｌＧａＡｓ （第２図（ａ））積層方法には、液層成長法（ＬＰＥ法
）、有機金属気層成長法（ＭＯＣＶＤ法）、および分子
線成長法（Ｍ Ｂ Ｅ ｆｉＪ等の手段の適用が可能で
ある。続いて２酸化シリコン等誘電体薄［２０６を積層
し、第２図（Ｃ）の斜線の如く形状にエツチングする。
（第２図（ｂ））次いでジメチルジンク（ＤＭＺｎ）−
ジメチルセレン（ＤＭＳｅ）よりなる付加体原料を用い
たＭＯＣＶＤ法あるいはＭＢＥ法等によりＩＩ −ＶＩ
族化合物半導体半導体であるＺｎ５ｅを成長する。この
際誘電体薄膜２０６の上には多結晶Ｚｎ５ｅ層２０８が
、またそれ以外の領域には単結晶Ｚｎ５ｅ層２０７が成
長する。（第２図（ｄ））ここで水酸化ナトリウム水溶
液によるＺｎ５ｅ層のエツチングを行う。この場合、多
結晶Ｚｎ５ｅのエツチングレートは単結晶Ｚｎ５ｅのエ
ツチングレートより早いことから多結晶Ｚｎ５ｅ層のエ
ツチングが終了しても、単結晶Ｚｎ５ｅ層は残り、それ
がＺｎ５ｅ第３のクラッド層２０５となり第２図（ｅ）
のごとく形状の光導波路が形成される。
ジメチルセレン（ＤＭＳｅ）よりなる付加体原料を用い
たＭＯＣＶＤ法あるいはＭＢＥ法等によりＩＩ −ＶＩ
族化合物半導体半導体であるＺｎ５ｅを成長する。この
際誘電体薄膜２０６の上には多結晶Ｚｎ５ｅ層２０８が
、またそれ以外の領域には単結晶Ｚｎ５ｅ層２０７が成
長する。（第２図（ｄ））ここで水酸化ナトリウム水溶
液によるＺｎ５ｅ層のエツチングを行う。この場合、多
結晶Ｚｎ５ｅのエツチングレートは単結晶Ｚｎ５ｅのエ
ツチングレートより早いことから多結晶Ｚｎ５ｅ層のエ
ツチングが終了しても、単結晶Ｚｎ５ｅ層は残り、それ
がＺｎ５ｅ第３のクラッド層２０５となり第２図（ｅ）
のごとく形状の光導波路が形成される。
本発明の光導波路を構成する材料の中で、ＧａＡｓ基板
とＡ ｌ ｕ Ｇ ａ ＋ −ｕ Ａ ５層はＡＮ混晶
比Ｕの全ての値に対し両者はほぼ格子整合している。
とＡ ｌ ｕ Ｇ ａ ＋ −ｕ Ａ ５層はＡＮ混晶
比Ｕの全ての値に対し両者はほぼ格子整合している。
またＡｌＧａＡｓとクラッド層のＺｎ５ｅも０゜２％程
度の格子不整合でしかなく光導波路層への残留ストレス
はきわめて小さく、格子不整合による転位の発生もほと
んどない。またＺｎ５ｅ層のエネルギーギャップはおよ
そ２．５ｅＶであり光吸収損失も小である。従って極め
て低損失の光導波路が実現される０本実施例では、光導
波路をＡｌｙ Ｇ ａ ＋ −ｖ Ａ ｓとしているの
でＡ１混晶比ｙなるエネルギーギャップＥｇ、’／に相
当する波長よりも長い波長の光に対して光導波路として
利用できる。
度の格子不整合でしかなく光導波路層への残留ストレス
はきわめて小さく、格子不整合による転位の発生もほと
んどない。またＺｎ５ｅ層のエネルギーギャップはおよ
そ２．５ｅＶであり光吸収損失も小である。従って極め
て低損失の光導波路が実現される０本実施例では、光導
波路をＡｌｙ Ｇ ａ ＋ −ｖ Ａ ｓとしているの
でＡ１混晶比ｙなるエネルギーギャップＥｇ、’／に相
当する波長よりも長い波長の光に対して光導波路として
利用できる。
ここでは光導波路としてＡｌＧａＡｓ層を用いたが、Ｇ
ａＡＳ 基板に格子整合するＩｎＧａＡ、ｓＰ。
ａＡＳ 基板に格子整合するＩｎＧａＡ、ｓＰ。
ＩｎＧａＡＩＰ層とすることで、より短波長の光の伝搬
が低損失で実現される。例えばＧａＡｓ基板に格子整合
する Ｉ ｎ ｓ、ｉｓＧ ａ ｌ−＋１．４９−ｖＡ
１ ｖＰ（ＶはＡｌ混晶比）はｖ＝０．５１とするこ
とでエネルギーギャップＥｇ、ｖはおよそ２．５ｅＶと
なり、５００ｎｍ帯までの短波長の光に対して利用でき
る。また、■ｎＧａＡｓＰに対しても６５０ｎｍ程度ま
での短波長光に利用できる。
が低損失で実現される。例えばＧａＡｓ基板に格子整合
する Ｉ ｎ ｓ、ｉｓＧ ａ ｌ−＋１．４９−ｖＡ
１ ｖＰ（ＶはＡｌ混晶比）はｖ＝０．５１とするこ
とでエネルギーギャップＥｇ、ｖはおよそ２．５ｅＶと
なり、５００ｎｍ帯までの短波長の光に対して利用でき
る。また、■ｎＧａＡｓＰに対しても６５０ｎｍ程度ま
での短波長光に利用できる。
加えてプロセス工程において、第２図（ｂ）までプロセ
スを進めた後Ｚ ｎ Ｓ ｅ層の選択エピタキシャル成
長を利用すれば、前述した第２図（ｄ）から（ｅ）への
プロセスを経ることなく第１図に示す光導波路が実現さ
れるまた適切な材料の選択により接合に平行な方向の屈
折率段差の制御が可能であるから、シングルモード伝搬
の光導波路が、再現性良好デイメンジョンで実現される
。例えば、接合に平行な方向の屈折率段差を５Ｘ１０−
３程度とすれば、１次モードのカットオフ幅はおよそ２
μｍとなり、最上部クラツド層Ｚｎ５ｅ層の幅を２μｍ
程度とすることで、シングルモードの光導波路が形成さ
れる。
スを進めた後Ｚ ｎ Ｓ ｅ層の選択エピタキシャル成
長を利用すれば、前述した第２図（ｄ）から（ｅ）への
プロセスを経ることなく第１図に示す光導波路が実現さ
れるまた適切な材料の選択により接合に平行な方向の屈
折率段差の制御が可能であるから、シングルモード伝搬
の光導波路が、再現性良好デイメンジョンで実現される
。例えば、接合に平行な方向の屈折率段差を５Ｘ１０−
３程度とすれば、１次モードのカットオフ幅はおよそ２
μｍとなり、最上部クラツド層Ｚｎ５ｅ層の幅を２μｍ
程度とすることで、シングルモードの光導波路が形成さ
れる。
以上の説明では、ＩＩ −ＶＩ族化合物半導体半導体と
してＺｎ５ｅを例にとったが、他のＩＩ−ＶＩ族化合物
半導体半導体の利用も同様に可能である。
してＺｎ５ｅを例にとったが、他のＩＩ−ＶＩ族化合物
半導体半導体の利用も同様に可能である。
［発明の効果］
以上述べたように本発明によれば、以下のような多大な
効果が得られる。
効果が得られる。
１）基板、クラッド層、光導波層を■−Ｖ族化合物半導
体半導体としたことで、高品質のＧａＡｓ基板の使用が
可能であり、また基板に格子整合した、あるいは極めて
格子定数の近い材料を積層することで、結晶性にすぐれ
た極めて伝搬損失の小さな光導波路が実現される。
体半導体としたことで、高品質のＧａＡｓ基板の使用が
可能であり、また基板に格子整合した、あるいは極めて
格子定数の近い材料を積層することで、結晶性にすぐれ
た極めて伝搬損失の小さな光導波路が実現される。
２）適切な材料の選択により５００ｎｍ帯を越える短波
長光の導波が可能である。
長光の導波が可能である。
３）よって高密度光情報処理装置で望まれている短波長
ＬＤ用先光導波路して利用できる。
ＬＤ用先光導波路して利用できる。
４）光導波■波層上に全面にわたりクラッド層を積層し
ているので導波路端での散乱損失が極めて小さくなる。
ているので導波路端での散乱損失が極めて小さくなる。
５）全ての層の成長がＭＯＣＶＤ法で可能であることか
ら均一で、かつ高信頼性の光導波路の作成が可能である
。
ら均一で、かつ高信頼性の光導波路の作成が可能である
。
６）最上層のＺｎ５ｅ層等ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体は
エネルギーギャップが大きく、かつ低屈折率材料である
。従って導波光に対して光吸収損失がなく、光閉じ込め
にも有効であり、低損失、高効率光導波路が実現される
。
エネルギーギャップが大きく、かつ低屈折率材料である
。従って導波光に対して光吸収損失がなく、光閉じ込め
にも有効であり、低損失、高効率光導波路が実現される
。
第１図は、本発明の１実施例を示す斜視図。
第２図（ａ）〜（８）は、本発明を実施するプロセス工
程図。 第３図は、従来例を示す斜視図。 １０１．２０１，３０１ １０２．２０２ １０３．２０３ １０４．２０４ １０５．２０５ ＧａＡｓ基板 Ａ ｌ ｘＧ ａ Ｉ−ＸＡ Ｓ第１のクラッド層Ａ
ｌ ｙＧ ａ Ｉ−ｙＡ Ｓ光導波路層Ａ １ ｚ Ｇ
ａ ＋ −ｚ Ａ Ｓ第２のクラッド層Ｚｎ５ｅ第３
のクラッド層 誘電体薄 単結晶Ｚｎ５ｅ層 多結晶Ｚｎ５ｅ層 Ｚｎ５ｅクラッド層 Ｚｎ５ｅ−ＺｎＳ超格子光導波路 Ｓ ｉ Ｏ２クラッド層 以上 （ｄ） （Ｂ＞
程図。 第３図は、従来例を示す斜視図。 １０１．２０１，３０１ １０２．２０２ １０３．２０３ １０４．２０４ １０５．２０５ ＧａＡｓ基板 Ａ ｌ ｘＧ ａ Ｉ−ＸＡ Ｓ第１のクラッド層Ａ
ｌ ｙＧ ａ Ｉ−ｙＡ Ｓ光導波路層Ａ １ ｚ Ｇ
ａ ＋ −ｚ Ａ Ｓ第２のクラッド層Ｚｎ５ｅ第３
のクラッド層 誘電体薄 単結晶Ｚｎ５ｅ層 多結晶Ｚｎ５ｅ層 Ｚｎ５ｅクラッド層 Ｚｎ５ｅ−ＺｎＳ超格子光導波路 Ｓ ｉ Ｏ２クラッド層 以上 （ｄ） （Ｂ＞
Claims (1)
- III−Ｖ族化合物半導体基板上に、III−Ｖ族化合物半導
体より成る第１のクラッド層、該第１のクラッド層より
屈折率の大なるIII−Ｖ族化合物半導体より成る光導波
路層、該光導波路層より屈折率の小なるIII−Ｖ族化合
物半導体より成る第２のクラッド層およびストライプ状
のII−VI族化合物半導体より成る第３のクラッド層を順
次積層して成る構造を有することを特徴とする光導波路
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7420789A JPH02251909A (ja) | 1989-03-27 | 1989-03-27 | 光導波路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7420789A JPH02251909A (ja) | 1989-03-27 | 1989-03-27 | 光導波路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02251909A true JPH02251909A (ja) | 1990-10-09 |
Family
ID=13540513
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7420789A Pending JPH02251909A (ja) | 1989-03-27 | 1989-03-27 | 光導波路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02251909A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5786603A (en) * | 1995-09-12 | 1998-07-28 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Multilayer structured semiconductor devices |
-
1989
- 1989-03-27 JP JP7420789A patent/JPH02251909A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5786603A (en) * | 1995-09-12 | 1998-07-28 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Multilayer structured semiconductor devices |
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