JPH02251910A - 光導波路 - Google Patents
光導波路Info
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- JPH02251910A JPH02251910A JP7420889A JP7420889A JPH02251910A JP H02251910 A JPH02251910 A JP H02251910A JP 7420889 A JP7420889 A JP 7420889A JP 7420889 A JP7420889 A JP 7420889A JP H02251910 A JPH02251910 A JP H02251910A
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Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
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]
本発明は半導体先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(OE I C)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(Yo
kogawa、−〇gur aet、al: App
l、phys、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G
aAS基板、302はZnSよりなるクラッド層、3゜
3はZn5e−ZnS超格子より成る導波路層、304
はストライプ状のSio2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(OE I C)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(Yo
kogawa、−〇gur aet、al: App
l、phys、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G
aAS基板、302はZnSよりなるクラッド層、3゜
3はZn5e−ZnS超格子より成る導波路層、304
はストライプ状のSio2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、
II−Vl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基根上基或上されたク
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。
II−Vl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基根上基或上されたク
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。
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、前記クラッド
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、前記クラッド
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SiO2を使用しているが、Si
O2の熱膨張係数と、II−VI族化合物半導体及び■
−v族化合物半導体の熱!l’Jl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。
O2の熱膨張係数と、II−VI族化合物半導体及び■
−v族化合物半導体の熱!l’Jl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SiO2のみであり、かつSi○
2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。
2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挾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
T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挾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
T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]
本発明の光導波路は、tO−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、および該光導波路層より屈折
率が小さく、かつ光導波領域の膜厚が該光導波領域以外
の領域の膜厚より厚いII−Vl族化合物半導体より成
る第2のクラッド層を順次積層して成る構造を特徴とす
る。
、■−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、および該光導波路層より屈折
率が小さく、かつ光導波領域の膜厚が該光導波領域以外
の領域の膜厚より厚いII−Vl族化合物半導体より成
る第2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 I−xA s第1のクラッド層、103はAI
、Ga l−11A S光導波路層(x>y)でありす
べて■−V族化合物半導体である。また104はII
−Vl族化合物半導体であるZn5e第2のクラッド層
である。
、Ga l−11A S光導波路層(x>y)でありす
べて■−V族化合物半導体である。また104はII
−Vl族化合物半導体であるZn5e第2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”111−V族化合物半導体であるGaA
s基板201上に、同じ<m−v族化合物半導体である
A l x G a + −x A S第1のクラッド
層202、A l yG a +−yA S光導波路層
203を順次積層する。(第2図(a))積層方法には
、液相成長法(LPE法)、有機金属気相成長法(MO
CVD法)、および分子線成長法(MBE法)等の手段
の適用が可能である。次いでジメチルジンク(DMZ
n )−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
−Vl族化合物半導体半導体であるZn5e第2のクラ
ッド層204を成長する。この後光導波路形状に、レジ
ストあるいは誘電体薄膜等を用いてバターニングしエツ
チングマスク205とする。(第2図(C))ここで水
酸化ナトリウム(NaOH)水溶液、あるいは王水(H
CI: HNO3=3: 1)を用いてZn5e第
2のクラッド層204を途中までエツチングを施す。(
ここでエツチングした領域でのZn5e層の残り厚をt
とする。)以後エツチングマスク205を除去して光導
波路が出来上がる。
。 最初に”111−V族化合物半導体であるGaA
s基板201上に、同じ<m−v族化合物半導体である
A l x G a + −x A S第1のクラッド
層202、A l yG a +−yA S光導波路層
203を順次積層する。(第2図(a))積層方法には
、液相成長法(LPE法)、有機金属気相成長法(MO
CVD法)、および分子線成長法(MBE法)等の手段
の適用が可能である。次いでジメチルジンク(DMZ
n )−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
−Vl族化合物半導体半導体であるZn5e第2のクラ
ッド層204を成長する。この後光導波路形状に、レジ
ストあるいは誘電体薄膜等を用いてバターニングしエツ
チングマスク205とする。(第2図(C))ここで水
酸化ナトリウム(NaOH)水溶液、あるいは王水(H
CI: HNO3=3: 1)を用いてZn5e第
2のクラッド層204を途中までエツチングを施す。(
ここでエツチングした領域でのZn5e層の残り厚をt
とする。)以後エツチングマスク205を除去して光導
波路が出来上がる。
本発明の光導波路を構成する材料の中で、GaAs基板
とA 1 u G a I−u A 8層はAl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 1 u G a I−u A 8層はAl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
度の格子不整合があるが最上層のみの使用であり、光導
波路層への影響はほとんどない。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先導波路が実現される
。本実施例では、光導波路をA 1 yG a +−y
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、yiこ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AI GaAs層を用いたが、GaAs 基板に格子
整合するInGaASP、I nGaAIP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 :[n@、、@G
al−9,49−VA l vP (VはAl混晶比)
はv=o、 51とすることでエネルギーギヤ・ツブ
Eg、Vlよおよそ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、InGaA
sPに対しても650nm程度までの短波長光に利用で
きる。 加えて適切な材料の選択およびZn5e
層の残り厚tの制御により接合(こ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、再現性良好なデイメンジョンで実現すること
ができる。例えGEL’、接合に平行な方向の屈折率段
差を5 X 10 ”’程度とすれば、1次モードのカ
ットオフ幅番よおよそ2μm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。
度の格子不整合があるが最上層のみの使用であり、光導
波路層への影響はほとんどない。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先導波路が実現される
。本実施例では、光導波路をA 1 yG a +−y
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、yiこ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AI GaAs層を用いたが、GaAs 基板に格子
整合するInGaASP、I nGaAIP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 :[n@、、@G
al−9,49−VA l vP (VはAl混晶比)
はv=o、 51とすることでエネルギーギヤ・ツブ
Eg、Vlよおよそ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、InGaA
sPに対しても650nm程度までの短波長光に利用で
きる。 加えて適切な材料の選択およびZn5e
層の残り厚tの制御により接合(こ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、再現性良好なデイメンジョンで実現すること
ができる。例えGEL’、接合に平行な方向の屈折率段
差を5 X 10 ”’程度とすれば、1次モードのカ
ットオフ幅番よおよそ2μm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。
また主たる光伝搬層である光導波路層203表面にはエ
ツチング端がなくかつZn5e層204が全面覆ってい
るので光導波路端での散乱損失はほとんどなく伝搬損失
の低減に有効である。以上の説明では、II −Vl族
化合物半導体半導体として2nSeを例にとったが、他
のII −VT族化合物半導体半導体の利用も同様に可
能である。特にGaAs基板に格子整合可能な7. n
S xS e I−xは低損失光導波路実現に有効であ
る。
ツチング端がなくかつZn5e層204が全面覆ってい
るので光導波路端での散乱損失はほとんどなく伝搬損失
の低減に有効である。以上の説明では、II −Vl族
化合物半導体半導体として2nSeを例にとったが、他
のII −VT族化合物半導体半導体の利用も同様に可
能である。特にGaAs基板に格子整合可能な7. n
S xS e I−xは低損失光導波路実現に有効であ
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III −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
。
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
。
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■族層上に全面にわたりII −VI族化合
物半導体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り伝搬損失が低減される。
物半導体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り伝搬損失が低減される。
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■−■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。
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。
7)II−Vl族化合物半導体層の残り厚tの制御によ
り接合に平行方向の屈折率断差の制御ができ容易にシン
グルモード伝搬光導波路が実現される。
り接合に平行方向の屈折率断差の制御ができ容易にシン
グルモード伝搬光導波路が実現される。
8)最上層のII−Vl族化合物半導体レーザ層のパタ
ーニングのみにより種々の形状の光導波路(例えば曲が
り光り導波路)が実現できる。
ーニングのみにより種々の形状の光導波路(例えば曲が
り光り導波路)が実現できる。
第1図は、本発明の1実施例を示す斜視図。
第2図(a)〜(d)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 G a A s基板102.
202 A 1 xG a +−xA s第1のク
ラッド層103.203 A 1 yG a +−
yA S光導波路層104.204 Z n S
e第3のクラッド層205 エツチングマスク 302 Z n S eクラッド層303
Z n S e −Z n S超格子光導波路3
04 SiO2クラッド層代理人弁理士 鈴
木喜;部(他1名) (久) Cb) Cc/ン Q)
程図。 第3図は、従来例を示す斜視図。 101.201,301 G a A s基板102.
202 A 1 xG a +−xA s第1のク
ラッド層103.203 A 1 yG a +−
yA S光導波路層104.204 Z n S
e第3のクラッド層205 エツチングマスク 302 Z n S eクラッド層303
Z n S e −Z n S超格子光導波路3
04 SiO2クラッド層代理人弁理士 鈴
木喜;部(他1名) (久) Cb) Cc/ン Q)
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、および該光導波路層より屈折率が小さく、かつ光
導波領域の膜厚が該光導波領域以外の領域の膜厚より厚
いII−VI族化合物半導体より成る第2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 |
---|---|---|---|
JP7420889A JPH02251910A (ja) | 1989-03-27 | 1989-03-27 | 光導波路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7420889A JPH02251910A (ja) | 1989-03-27 | 1989-03-27 | 光導波路 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02251910A true JPH02251910A (ja) | 1990-10-09 |
Family
ID=13540544
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7420889A Pending JPH02251910A (ja) | 1989-03-27 | 1989-03-27 | 光導波路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02251910A (ja) |
-
1989
- 1989-03-27 JP JP7420889A patent/JPH02251910A/ja active Pending
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