JPH02251933A - 分岐型光導波路 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光集積回路あるいは光電子集積回路等の構成
要素として用いられる化合物半導体光導波路に関する。

［従来の技術］ 従来の光導波路（分岐型光導波路を含む）は、主として
　１，０μｍ、及び　１．３μｍ波長帯の光を導波する
ことを目的に、Ａ　Ｉ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　／　Ｇ　ａ　
ＡＳ系、あるいはＩ　ｎＧａＡｓＰ／Ｉ　ｎＰ系の様な
ｍ−ｖ族化合物半導体により形成されていた。第５図は
従来の分岐型光導波路を示す例である。ＧａＡｓ基板（
２１）上にＡｌＧａＡｓよりなるクラッド層（２２）、
高純度ＧａＡｓよりなる光導波路層（２３）を順次積層
し、エツチングにより光導波路を形成する。導波路層の
ＧａＡｓを高純度化することによって（キャリア密度＜
　　１０１’ｃｍ−’）自由キャリアによる光波の吸収
を減少させる共に、クラッド層にＡｌＧａＡｓを用いる
ことにより光が基板にもれるのを防ぎ、低い伝搬損失値
を得ている。

第５図において左側から入射した光は、電極に電圧を印
加しない場合、分岐の部分はまっすぐ進み■の導波路か
ら出射する。電極に電圧を加えると電気光学効果により
電極直下の光導波路層の屈折率が下がり、この結果光波
は第５図で上の方に導波され■の導波路より出射する。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、前述の従来技術の分岐型光導波路は、ｍ−ｖ族
化合物半導体であるＧａＡｓにより光導波路層が形成さ
れているため、ＧａＡＳのエネルギーギャップに近いか
、あるいはそれより大きい光子エネルギーを有する光を
導波しようとすると吸収損失が太き（なり、伝搬効率の
低下が避けられなかった。

また、従来技術ではダブルへテロ構造をエピタキシャル
成長後、エツチングにより光導波路を形成しているため
、エツチングによる表面やリブ側面の荒れを避けること
ができず、散乱損失による伝搬効率の低下を招いていた
。しかも長い工程を経て光導波路が形成されるため、最
終的な歩留りは低かった。

そこで本発明はこの様な課題を解決するもので、その目
的とするところは伝搬効率の高い分岐型光導波路を、簡
略なプロセスで歩留りよ（製造するところにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の分岐型光導波路は、光導波路の分岐部分に電極
印加用金属電極が形成されている分岐型光導波路におい
て、該光導波路は基板上に少なくともＩＩ−Ｖｌ族化合
物半導体よりなるクラッド層と、該クラッド層よりも屈
折率が大なるＩＩ−Ｖｌ族化合物半導体よりなる光導波
層を有し、上記各層のうち少なくとも１層は選択エピタ
キシャル成長したことを特徴とする。

［実　施　例］ 第１図は、本発明の実施例における分岐型光導波路の上
面図、および断面図である。〜１１はＧａＡｓ基板、１
２はＺｎＳよりなる下側クラッド層、１３はＺｎ５ｅよ
りなる光導波路層、１４はＺｎＳよりなる上側クラッド
層である。

Ｚｎ５ｅ、ＺｎＳの屈折率はそれぞれ２．３４．２．３
１で、接合に垂直方向にはこの大きな屈折率段差により
有効に光が閉じ込められる。また接合に平行方向には、
屈折率が　２．３４の光導波路層を屈折率　１．４のＳ
ｉＯ２（１５）ではさんだ構造になっており、光の導波
路層内への閉じ込めは十分に行われている。１６は電極
で、光導波路に電圧を印加することにより導波路層の屈
折率を局所的に変化させ、光波の導波方向を選択する。

本発明の分岐型光導波路の動作を、第２図を用いて説明
する。いま光導波路層の実効屈折率を電極直下、その他
の部分でそれぞれｎｊ、ｎ２とお（。

第２図で左側から進んできた入射光は、電極に電圧が印
加されていないとき、すなわちｎ１＝１２のとき、分岐
部分をまっすぐ通過する。ところが電極に電圧を印加す
ると、光電界効果によって　ｎｌ＜ｎ２となり、電極直
下の光導波路層の屈折率がその他の部分に比べて小さく
なる。その結果、光波は第２図上側の導波路に導波され
る。以上の様に、電極に加える電圧をｏｎ、ｏｆｆする
ことによって入射光を任意の導波路から取り出すことが
できる。

以下に本発明の分岐型光導波路の製造工程を第３図を用
いて説明する。

まず、ＧａＡｓ基板（１１）を準備し、モノシラン（Ｓ
ｉＨｎ）を原料とする熱ＣＶＤ法によって８１０２膜を
基板上に蒸着する。次いでフォトリソグラフィー工程に
より光導波路を作成する部分の５ＩＯ２膜を除去し、選
択成長のためのマスクを形成する。　（第２図（ａ）） さらに、上記５Ｉｏ２をマスクとして下側クラッド層（
１２）、光導波路層（１３）上側クラッド層（１４）を
順次エピタキシャル成長する。各層の膜厚は、それぞれ
　１．６μｍ、１．０μｍ、０゜３μｍとする。原料は
亜鉛ソースとしてジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）、硫黄ソー
スとしてジメチル硫黄（ＤＭＳ）、セレンソースとして
ジメチルセレン（ＤＭＳ　ｅ）の各有機金属化合物を用
い、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶ　Ｄ）法により成
長を行う。Ｚｎ５ｅとＺｎＳのへテロ接合は、ＤＭＺｎ
を流したまま、ＤＭＳとＤＭＳｅの各ガスラインのバル
ブの切り替えを行うことにより形成する。

成長条件は成長圧力　１００ｔｏｒｒ以下、成長温度が
、４００°Ｃ以上７００℃以下、■族原料と■族原料の
原料供給比が６以下とする。上記の方法により選択成長
を行うと、５１０２膜がマスクとなり、マスク上には何
も付着することなく、マスクのない部分にのみ選択的に
ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体がエピタキシャル成長する。

以上の様にしてダブルへテロ構造光導波路を選択成長し
た後、マスクの８１０２膜を除去し電極を蒸着すると、
■−ＶＩ族化合物半導体よりなる分岐型光導波路が完成
する。

なお、光導波路層、クラッド層の組合せとして、Ｚｎ５
ｅ−ＺｎＳ系のみでなく、下の表１の様な組合せも可能
である。光導波路のエピタキシャル成長は、該当元素の
有機金属化合物を用いたＭＯＣＶＤ法による。

また本実施例では、原料の有機金属化合物として、ＤＭ
Ｚｎ等のメチル誘導体を用いて説明を行ったが、ジエチ
ル亜鉛（Ｉ）ＥＺｎ）等のエチル誘導体や、その他のア
ルキル金属化合物の利用も可能で体や、その他のアルキ
ル金属化合物の利用も可能である。

表１ 選択成長のためのマスクも、５１０２に限らず、５ｉ３
Ｎｓ等の絶縁膜が使用可能である。

各層の膜厚としては、本実施例の説明では下側クラッド
層、光導波路層、上側クラ・２ド層、それぞれ　１．５
μｍ、１．０μｍ、０．３μｍとしたが、必ずしも上記
膜厚である必要はなく、下側クラッド層が　１．０μ以
上、光導波路層が　１．５μｍ以下、上側クラッド層が
０．３μｍ以下であれば光波は有効に光導波路に閉じ込
められると同時に、高い消光比でスイッチングを行うこ
とができる。

また、実施例の説明では下側クラッド層、光導波路層、
上側クラッド層よりなるダブルへテロ構造を有し、かつ
界面に平行方向には光導波路層を３１０２ではさむこと
により屈折率段差を得る第４図（ａ）のような構造の分
岐型光導波路を用いて説明を行ったが、この他にも第４
図に示す様な構造の導波路構造によっても本発明の分岐
型光導波路は実現できる。

（ｂ）は上側クラッド層を省略したものである。

（ａ）の構造の場合、上側クラッド層はクラッド層内で
の電圧降下を最小限に抑えるため、下側クラッド層に比
べ膜厚を薄く設定している。光導波路層に電圧を印加す
る場合、電極は少しでも光導波路層に近い方が効率よ（
電圧を印加する４ことができる。第４図（ｂ）の様に、
上側クラッド層を省略すると光導波路層に大きな電圧を
印加すること可能になる。　（Ｃ）は光導波路層の側面
をＺｎＳによって埋め込んだもので、導波路層の側面を
３１０２ではさんでいる場合に比べ、工程数は増えるも
のの導波光の１次モードがカットオフとなる導波路幅が
広くなり、プロセス上のマージンが大きくなる。

本発明の分岐型光導波路は、光導波路層を大きなエネル
ギーギャップを有する■−■族化合物半導体により形成
されている。従って従来からあるｍ−ｖ族化合物半導体
よりなる光導波路よりも導波中の吸収損失が小さく抑え
られる。また導波路構造のエピタキシャル成長後はマス
クの３１０２を除去するだけなので、エツチング等によ
り生じる導波路領域の表面荒れを防ぐことができ、この
ことは散乱損失の減少に大きく貢献する。

［発明の効果コ 本発明の分岐型光導波路は以下のような効果を有する。

（１）導波路層がエネルギーギャップの大きな■−■族
化合物半導体層により形成されるでいるため、導波光の
短波長化が可能となる。また■−■族化合物半導体の有
するワイド・バンドギャップゆえに、従来と同じ波長領
域の光（１μｍ帯）を導波した場合でも、光導波路にお
ける吸収損失は従来に比べ大幅に低（抑えることができ
る。本発明の分岐型光導波路は、６００　ｎｍという短
波長の光波に対しても極めて低い伝搬損失でスイッチン
グすることができる。

（２）光導波路を選択成長により形成するので、成長後
エツチング、あるいは拡散等の工程を行う必要がなく、
このことは後工程による膜質の低下、あるいは表面荒れ
を未然に防ぐことができる。特に、導波路層側面はエツ
チングによって形成する場合に比べ平坦な面を得ること
ができ、導波光の散乱損失を小さく抑えることが句能で
ある。

（３）ＭＯＣＶＤ法を光導波路の成長手段として用いる
ため、膜厚の制御性、再現性に優れている。

また他の成長方法と比べて、ウニ／％の大面積化が可能
であり、量産化に適している。

（４）工程が極めて簡単かつ短いので、歩留りが向上す
る。特に半導体レーザ等、他のデバイスと同一基板上に
モノリシックアレイとして集積する場合、簡略なプロセ
ス、高い歩留りは必要の条件であり、本発明の分岐型光
導波路はこの条件を十分満足する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、　　（ｂ）は本発明の分岐型光導波路の
上面図及び断面図。 第２図（ａ）、　　（ｂ）は本発明の分岐型導波路の作
用を示す図。 第３図（ａ）〜（Ｃ）は本発明の製造工程を示す断面図
。 第４図（ａ）〜（Ｃ）は本発明の他の実施例を示す断面
図。 第５図（ａ）、　　（ｂ）は従来の分岐型光導波路の例
を示す図。 １１　　ＧａＡｓ基板 １２　下側クラッド層 １３　光導波路層 １４　上側クラッド層 １５　５１０２マスク １６　電圧印加用電極 １７　　ＳｉＯ２膜 ２１　　ＧａＡｓ基板 ２２　下側クラッド層 ２３　光導波路層 ２４　キャップ層 以　　上 出願人　セイコーエプソン株式会社 代理人弁理士　鈴木喜三部（他１名） Ａ′ Ｃｂ） 体） れ、＝４、 （し） ４゜ く １Ａλ （八） （ト） （し） （α） （ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光導波路の分岐部分に電圧印加用金属電極が形成されて
   いる分岐型光導波路において、該光導波路は基板上に少
   なくともII−VI族化合物半導体よりなるクラッド層と、
   該クラッド層よりも屈折率が大なるII−VI族化合物半導
   体よりなる光導波層を有し、上記各層のうち少なくとも
   １層は選択エピタキシャル成長したことを特徴とする分
   岐型光導波路。