JPH02251934A - 分岐型光導波路 - Google Patents
分岐型光導波路Info
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- JPH02251934A JPH02251934A JP7420489A JP7420489A JPH02251934A JP H02251934 A JPH02251934 A JP H02251934A JP 7420489 A JP7420489 A JP 7420489A JP 7420489 A JP7420489 A JP 7420489A JP H02251934 A JPH02251934 A JP H02251934A
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Landscapes
- Optical Integrated Circuits (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、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。
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
１．０μｍ１ 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ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系の様な■
−ｖ族化合物半導体により形成されていた。第４図は昭
和６２年秋期応物学会１８ ｐ−ＺＧ−２に記載された
キャリア注入型７仔岐光導波路を示す例である。ＩｎＰ
基板上にＩｎＧａＡｓＰよりなる光導波路層、ＩｎＰク
ラッド層、−Ｉｎ’ＧａＡｓＰキャップ層を順次積層し
、Ｚｎ拡散によりキャリア注入領域を設けている。光導
波路はドライエツチングにより形成する。
１．０μｍ１ 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ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系の様な■
−ｖ族化合物半導体により形成されていた。第４図は昭
和６２年秋期応物学会１８ ｐ−ＺＧ−２に記載された
キャリア注入型７仔岐光導波路を示す例である。ＩｎＰ
基板上にＩｎＧａＡｓＰよりなる光導波路層、ＩｎＰク
ラッド層、−Ｉｎ’ＧａＡｓＰキャップ層を順次積層し
、Ｚｎ拡散によりキャリア注入領域を設けている。光導
波路はドライエツチングにより形成する。
第４図において左側から入射した光はキャリアを注入し
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。キャリアを注入するとプラズマ効果によりキャ
リア注入領域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。
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。キャリアを注入するとプラズマ効果によりキャ
リア注入領域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ＩｎＧａＡｓＰにより光導波路層が
形成されているため、Ｉ ｎＧａＡｓｒのエネルギーギ
ャップに近いか、あるいはそれより大き０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大きくな
り、伝搬効率の低下が避けられなかった。
化合物半導体であるＩｎＧａＡｓＰにより光導波路層が
形成されているため、Ｉ ｎＧａＡｓｒのエネルギーギ
ャップに近いか、あるいはそれより大き０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大きくな
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。
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く製造するところにある。
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く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、
（１）光導波路の分岐部分にキャリア注入用金属電極が
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（ともＩＩ−ＶＩ族化合物半導体よりなる
一伝導型のクラッド層と、該クラッド層よりも屈折率が
大なる■−■族化合物半導体よりなる一伝導型の光導波
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。
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（ともＩＩ−ＶＩ族化合物半導体よりなる
一伝導型のクラッド層と、該クラッド層よりも屈折率が
大なる■−■族化合物半導体よりなる一伝導型の光導波
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。
（２）クラッド層、及び光導波路層の伝導型がｎ型であ
ることを特徴とする。
ることを特徴とする。
［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。
面図、および断面図である。
１１はＧａＡｓ基板、１２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Ｚｎ
Ｓよりなる上側クラッド層である。
ド層、１３はＺｎ５ｅよりなる光導波路層、１４はＺｎ
Ｓよりなる上側クラッド層である。
Ｚｎ５ｅＳ ＺｎＳの屈折率はそれぞれ ２．３４．２
．３１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
５ｉｎ２ （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、光導波路層にキャリアを注入することにより屈
折率を局所的に変化させ、光波の導波方向を選択する。
．３１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
５ｉｎ２ （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、光導波路層にキャリアを注入することにより屈
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キャリアを注入す
る部分、その他の部分でそれぞれｎｌ・ ｎ２とおく。
する。いま光導波路層の実効屈折率をキャリアを注入す
る部分、その他の部分でそれぞれｎｌ・ ｎ２とおく。
第２図で左側から進んできた入射光は、光導波路層にキ
ャリアが注入され−ていない場合、すなわちｎ１＝ｎ２
のとき、分岐部分をまっすぐ通過する。ところが光導波
路層にキャリアが注入されると、プラズマ効果によって
ｎ Ｈ＜ ｎ２となり、キャリアが注入された部分の
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
。
ャリアが注入され−ていない場合、すなわちｎ１＝ｎ２
のとき、分岐部分をまっすぐ通過する。ところが光導波
路層にキャリアが注入されると、プラズマ効果によって
ｎ Ｈ＜ ｎ２となり、キャリアが注入された部分の
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、分岐部分の光導波路層へのキャリアの注入の
有無によって、入射光を任意の導波路から取り出すこと
ができる。
上の様に、分岐部分の光導波路層へのキャリアの注入の
有無によって、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。
いて説明する。
まず、にａＡｓ基板（１１）を準備し、モノシラン（Ｓ
ｉ Ｈａ ）を原料とする熱ＣＶＤ法によって９１０
２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９１０２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ＳｉＯ２をマスクとして下側クラッドＪｉ
（１２）、光導波路層（１３）上側クラ・ノド層（１
４）を順次エピタキシャル成長する。各層の膜厚は、そ
れぞれ １．５μｍ、１．０μｍ、１゜５μｍとする。
ｉ Ｈａ ）を原料とする熱ＣＶＤ法によって９１０
２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９１０２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ＳｉＯ２をマスクとして下側クラッドＪｉ
（１２）、光導波路層（１３）上側クラ・ノド層（１
４）を順次エピタキシャル成長する。各層の膜厚は、そ
れぞれ １．５μｍ、１．０μｍ、１゜５μｍ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、Ｄ
ＭＺｎ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。
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、Ｄ
ＭＺｎ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℃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３１０２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５Ｉ０２膜を除去しキャリア注入用の電極を
蒸着すると、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体よりなる分岐型
光導波路が完成する。
、４００℃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３１０２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５Ｉ０２膜を除去しキャリア注入用の電極を
蒸着すると、ＩＩ−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。
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。
表１
また本実施例では、原料の有機金属化合物として、Ｄ
Ｍ Ｚ ｎ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（Ｄ Ｅ Ｚ ｎ）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ある。選択
成長のためのマスクも、５ｆ０２に限らず、ＳＩＮ、等
の誘電体膜も使用可能である。
Ｍ Ｚ ｎ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（Ｄ Ｅ Ｚ ｎ）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ある。選択
成長のためのマスクも、５ｆ０２に限らず、ＳＩＮ、等
の誘電体膜も使用可能である。
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、上側クラッド層、それぞれ １．５４
ｍ、 １．０μ’ｍ、１．５μｍとしたが、必ずしも
上記膜厚である必要はなく、下側クラブト層が １．０
μ以上、光導波路層が １．５μｍ以下、上側クラッド
層が １．０μｍ以上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。
層、光導波路層、上側クラッド層、それぞれ １．５４
ｍ、 １．０μ’ｍ、１．５μｍとしたが、必ずしも
上記膜厚である必要はなく、下側クラブト層が １．０
μ以上、光導波路層が １．５μｍ以下、上側クラッド
層が １．０μｍ以上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。
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Ｉ［−ＶＩ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８１０２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。
ギーギャップを有するＩ［−ＶＩ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８１０２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。
本発明の屈曲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■−ＶＩ
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ｎ−ＶＩ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く抑えることが
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。
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ｎ−ＶＩ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く抑えることが
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可能で
ある６（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。
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可能で
ある６（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、ウェハの大面積化が可能で
あり、量産に適している。
あり、量産に適している。
（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
モノリシブ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。
る。特に半導体レーザ等、他のデバイスと同一基板上に
モノリシブ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。
（５）本発明の分岐型光導波路は、導波路層の屈折率を
変化させる手段としてキャリアの注入によるプラズマ効
果を利用している。導波路層の一部に電圧を印加し、電
気光学効果を利用して導波路層の屈折率を変化させてい
る分岐型光導波路に比べ、得られる屈折率変化の値は大
きく、短い距離で光を２方向に分岐することができる。
変化させる手段としてキャリアの注入によるプラズマ効
果を利用している。導波路層の一部に電圧を印加し、電
気光学効果を利用して導波路層の屈折率を変化させてい
る分岐型光導波路に比べ、得られる屈折率変化の値は大
きく、短い距離で光を２方向に分岐することができる。
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）、 （ｂ）は従来の分岐型光導波路の例
を示す図。 １１ ＧａＡｓ基板 Ａ′ （α） Ａ′ （ｂ） 下側クラッド層 光導波路層 上側クラッド層 ５１０２マスク 電圧印加用電極 ＳｉＯ２膜 ＩｎＰ基板 下側クラッド層 光導波路層 キャップ層 以 上 出願人 セイコーエプソンー株式会社 代理人弁理士 鈴木喜三部（他１名） ＜ａ） Ｗ＋ ＝ Ａｚ （ｂ） ｙｔ、 ＜ ）′１２ 仏） （（／ン （α） （ｂ）
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）、 （ｂ）は従来の分岐型光導波路の例
を示す図。 １１ ＧａＡｓ基板 Ａ′ （α） Ａ′ （ｂ） 下側クラッド層 光導波路層 上側クラッド層 ５１０２マスク 電圧印加用電極 ＳｉＯ２膜 ＩｎＰ基板 下側クラッド層 光導波路層 キャップ層 以 上 出願人 セイコーエプソンー株式会社 代理人弁理士 鈴木喜三部（他１名） ＜ａ） Ｗ＋ ＝ Ａｚ （ｂ） ｙｔ、 ＜ ）′１２ 仏） （（／ン （α） （ｂ）
Claims (2)
- （１）光導波路の分岐部分にキャリア注入用金属電極が
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一伝
導型のクラッド層と、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一伝導型の光導波層を
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。 - （２）クラッド層、及び光導波路層の伝導型がｎ型であ
ることを特徴とする請求項１記載の分岐型光導波路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7420489A JPH02251934A (ja) | 1989-03-27 | 1989-03-27 | 分岐型光導波路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7420489A JPH02251934A (ja) | 1989-03-27 | 1989-03-27 | 分岐型光導波路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02251934A true JPH02251934A (ja) | 1990-10-09 |
Family
ID=13540423
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7420489A Pending JPH02251934A (ja) | 1989-03-27 | 1989-03-27 | 分岐型光導波路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02251934A (ja) |
-
1989
- 1989-03-27 JP JP7420489A patent/JPH02251934A/ja active Pending
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