JPH0246407A - 光導波路及びその製造方法 - Google Patents

光導波路及びその製造方法

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JPH0246407A
JPH0246407A JP19683188A JP19683188A JPH0246407A JP H0246407 A JPH0246407 A JP H0246407A JP 19683188 A JP19683188 A JP 19683188A JP 19683188 A JP19683188 A JP 19683188A JP H0246407 A JPH0246407 A JP H0246407A
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JP
Japan
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layer
waveguide
zns
optical waveguide
forming
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JP19683188A
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English (en)
Inventor
Koji Yamazaki
康二 山崎
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Seiko Epson Corp
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Seiko Epson Corp
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、光集積回路或いは光電子集積回路等の構成要
素として用いられるII −IV族化合物半導体の光導
波路に関する。
[従来の技術] 従来報告されているII〜IV族化合物半導体の光導波
路は、トシャ・ヨコカワ、アプライド・フィジックス゛
レター(Toshiya Yokogawa、 App
lPhys、 Leff) Vol、 52、No、2
、(19881120に記載されている構造のものであ
る。第5図は該光導波路の概略図であり、6はG a 
A s基板、7はZnSより成るクラッド層、8はZn
5e−ZnS超格子より成る導波路層、9は5102の
ストライブである。この先導波路は5102のス[・ラ
イブ幅が6 If m、導波路層の厚さが04〜1.2
411mの時、波長が0.63311mの光に対してシ
ングルモードとなり、又伝相Ω損失1;l:0.7]d
B/cmであると報告されている。
[発明が解決しようとする課題) しかし、前述の従来技術の光導波路は導波路層上にス1
−ライブ状のSiO□を形成することにより、界面と平
行な方向の実効的な屈折率段差をつけている為、この方
向における導波路領域とクラッド域との屈折率の段差が
小さく光の閉じ込めが有効に行われないという課題を有
する。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光を有効に閉じ込める構造の1
1IV族化合物半導体の先導波路及びその製造方法を提
供するところにある。
[課題を解決するための手段1 本発明の光導波路は、基板上にII −IV族化合物半
導体より成る第1のクラッド層と該クラッド層よりも大
きな屈折率を有するII −IV族化合物より成る導波
路層と該導波路層よりも小さな屈折率を有するII −
IV族化合物半導体より成る第2のクラッド層を積層し
た構造を有しかつ少なくとも導波路層及び第2のクラッ
ド層がリッジ型であることを特徴とする。さらに該先導
波路の第1の製造方法は、基板上に第1のクラッド層を
形成する工程と、該第1のクラット層上にマスクを形成
する工程と、該マスクを用いて導波路層及び第2のクラ
ッド層を第1のクララi・層上の一部に選択的に形成す
る工程と、マスクを除去する工程とを含むことを特徴と
する。又第2の製造方法(J、基板上にマスクを形成す
る工程と、該マスクを用いて第1のクラッド層及び導波
路層及び第2のクラッド層を基板上の一部に選択的に形
成する工程と、マスクを除去する工程とを含むことを特
徴とする。
〔実施例1] 第1図は本発明の実施例におけるII −IV族化合物
半導体の光導波路の概略断面図である。1はGaAs基
板、2はZnSより成るクラッド層、3はZn5eより
成る導波路層、4ばZnSより成るクラッド層である。
この構造において、界面と垂直な方向は導波路層の屈折
率が234に対して上部及び下部のクラッド層の屈折率
が23]てあり屈折率の段差は十分に大きく、又界面と
平行な方向においても屈折率が234の導波路層を屈折
率が1.0の大気で挟んだ構造の為屈折率の段差は十分
に大きい。この様に導波路層とその周囲との屈折率の段
差が大きい為、導波路層への光の閉じ込めが有効に行わ
れる。又導波路層とクラッド層の屈折率差が比較的小さ
い為、シングルモードとなる導波路層の厚さの許容範囲
が広くなりシングルモードの光導波路の作製が容易であ
る。0.6328gmの波長の光を用いて該光導波路の
伝搬損失を測定したところ0 、 5 dB/cm以下
と低損失なものであった。これば、前述した様に光が導
波路層内に有効に閉し込められている為、GaAs基板
中への光のしみ出しが小さくGaAs基板内での吸収が
小さいことを示す。又、後述する様に光導波路の製造工
程において導波路層のエツチングをする必要がない為、
導波路層の表面が平坦であり散乱用が小さいことも低損
失の一因である。ZnS及びZn5e等のII −IV
族化合物半導体は、基板のGaAsと同し閃亜鉛鉱型の
結晶構造である為GaAs基板上に容易にエビクキシャ
ル成長できる。又、発光素子及び受光素子等の光デバイ
スや電子デバイスもGaAs基板上に作製することがで
きる為、本発明の光導波路はこれらのデバイスを集積化
した光集積回路或いは光電子集積回路等に容易に応用す
ることができる。又基板としてG a、 A s以外に
もInP等の1itV族半導体基板も用いることができ
る。又導波路層及びクラッド層の材料として表1に示し
た様なII −IV族化合物半導体を用いることもてき
る。
表1 以下に上述した第1図の光導波路の製造方法を第3図(
a)〜(d)を用いて説明する。初めに、GaAs基板
上に下部のクラッド層となるZnS層をMOCVD法に
よりエビクキシャル成長し、次に熱CVD法等によりマ
スク5の3102を堆積する。この状態が第3図(a)
である。ZnSのエビクキシャル成長方法には、他にM
BE法、MOMBE法或いはホットウォールエピタキシ
ー法等が有り、これ等の方法によってもZnSのクラッ
ド層を同様に形成することが可能である。次にフォトリ
ングラフィ技術により5IO2のパクーニングを行う。
この場合導波路層を形成する部分の5IO2膜をエツチ
ングにより除去する。この状態が第3図(b)である。
パクーニングされたS i 02をマスクとして選択エ
ピタキシャル成長により導波路層のZn5e及びクラッ
ド層のZnSを連続して形成する。この時マスクのSi
O□上には堆積物がなく第3図(c)の様な状態となる
。ZnS及びZn5eの選択エピタキシャル成長は以下
の様な方法で行うことができる。原料としてZn及びS
及びSeの有機化合物を用い、成長圧力が100 To
rr以下、成長温度が400℃以上700℃以下、IV
族原料とII族原料の供給モル比が6以下の条件の下で
減圧MOCVD法或いはMOMBE法により行う。導波
路層のZn5e及びクラッド層のZnSを形成した後、
沸酸系のエッチャントにより5in2を除去し第3図(
d)の様に光導波路が完成する。上記の例ではマスクと
して一3i02を用いた例について示したが、Si3N
4等の他の誘電体薄膜或いはW等も同様に用いることが
てきる。又、CdS、ZnTe、CdSe等の選択エピ
タキシャル成長する場合、Cd、S、Zn、Te、Se
のそれぞれの有機化合物を原料として用いる。
[実施例21 第2図は本発明の実施例におけるII −IV族化合物
半導体の光導波路の概略断面図である。lはGaAs基
板、2はZnSより成るクラッド層、3はZn5eより
成る導波路層、4はZnSより成るクラッド層である。
この構造において、界面と垂直な方向は導波路層の屈折
率が2.34に対して上部及び下部のり5ラド層の屈折
率が2.31であり屈折率の段差は十分に大きく、又界
面と平行な歩行においても屈折率が2.34の導波路層
を屈折率が1.0の大気で挟んだ構造の為屈折率の段差
は十分に大きい。この様に導波路層とその周囲との屈折
率の段差が大きい為、導波路層への光の閉じ込めが有効
に行われる。又導波路層とクラッド層の屈折率差が比較
的小さいため、シングルモードとなる導波路層の厚さの
許容範囲が広くなりシングルモードの光導波路の作製が
容易である。0.6328μmの波長の光を用いて該先
導波路の伝搬損失を測定したところ0 、5 dB/c
m以下と低損失なものであった。これは、前述した様に
光が導波路層内に有効に閉し込められている為、GaA
s基板中への光のしみ出しが小さくGaAs基板内での
光吸収が小さいことを示す。
又、後述する様に光導波路の製造工程において導波路層
のエツチングをする必要がない為、導波路層の表面が平
坦であり散乱損が小さいことも低損失の一因である。又
光導波路を構成している導波路層のZn5e及び2つの
クラッド層を成しているZnSを同一成長炉内で連続し
て形成できる為、これらの界面における不純物濃度或い
は欠陥濃度が低くなる。これにより導波路層のZn5e
中の不純物或いは欠陥濃度が低くなる。この様に本発明
の構造の光導波路においては、導波路層及び導波路層と
クラッド層との界面における不純物或いは欠陥濃度が低
くなる為、該不純物或いは欠陥が形成する深い準位に関
する光吸収が減少し低損失の光導波路となる。
ZnS及びZn5e等のII −IV族化合物半導体は
、基板のGaAsと同じ閃亜鉛鉱型の結晶構造である為
GaAs基板上に容易にエビタ午シャル成長できる。又
、発光素子及び受光素子等の光デバイスや電子デバイス
もGaAS基板上に作製することができる為、本発明の
先導波路はこれらのデバイスを集積化した光集積回路或
いは光電子集積回路等に容易に応用することができる。
又基板としてGaAs以外にもInP等のIll −V
族半導体基板も用いることができる。又導波路層及びク
ラッド層の材料として表1に示した様なII−IV族化
合物半導体を用いることもてきる。
以下に上述した第2図の光導波路を第4図(a)〜(d
)を用いて説明する。初めに、GaAS基板上に熱CV
D法等によりマスク5の810□を堆積する。この状態
が第4図(a)である。次にフォトリングラフィ技術に
よりSin。
のパターニングを行う。この場合導波路層を形成する部
分の5I02をエツチングにより除去する。この状態が
第4図(b)である。パターニングされた5102をマ
スクとして選択エビクキシャル成長により下部のクララ
1−層となるZnS及び導波路層のZn5e及び上部の
クラッド層となるZnSを同一の成長炉内で連続して形
成する。この時マスクの5in2上には堆積物がなく第
4図(C)の様な状態となる。ZnS及びZn5eの選
択エピタキシャル成長は以下の様な方法で行うことがで
きる。原料としてZn及びS及びSeの有機化合物を用
い、成長圧力が100Torr以下、成長温度が400
℃以上700℃以下、IV族原料とII族原料の供給モ
ル比が6以下の条件の下テ減圧MOCVD法或イlj:
 M OM B E法ニヨり行う。上部のクラッド層の
ZnSまて形成した後、沸酸系のエッヂヤントによりS
】0.を除去し第4図(d)の様に光導波路が完成する
。上記の例においてはマスクとしてS】02を用いた例
について示したが、Si3N4等の他の誘電体薄膜或い
はW等も同様に用いることがてきる。又、CdS、Zn
Te、CdSe等の選択エピタキシャル成長する場合、
Cd、S、Zn、Te、Seのそれぞれの有機化合物を
原料として用いる。
[発明の効果] 以上述べた様に本発明の11− IV族化合物半導体の
光導波路は下記の効果を有する。
1)本発明の光導波路の構造において光の閉し込めを有
効に行うことができる。
1i)j)により光学的な非線形効果を有効に使うこと
が可能になる。
11】)シングルモードとなる導波路の厚さの許容] 
1 範囲が広い為、シングルモードの光導波路が容易に作製
できる。
iv)可視の光に対して低損失である。
■)発光素子及び受光素子を構成するIll −V族化
合物半導体と同し結晶構造を有する為、これ等の光デバ
イスと同一基板上に本発明の先導波路を容易に作製する
ことが可能である。これは、本発明の光導波路が光集積
回路或いは光電子集積回路等の構成要素として適してい
ることを意味する。
又、本発明の光導波路の製造方法は以下の様な効果を有
1−る。
vi)上記の構造の光導波路をセルファラインプロセス
で容易に作製することができる。
v i、 i l導波路層のエツチング工程が不要であ
る為、エツチングによって必然的に起る表面の荒れを防
ぐことができ散乱損失の小さい先導波路を作製すること
ができる。
viii)実施例2て述べた構造の先導波路は1回の成
長て導波B層及びクラット層が形成できる為、高品質の
先導波路が容易にしかも高い歩留りて作製できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例にお(JるII −IV族化合
物半導体の光導波路の概略断面図。 第2図は本発明の実施例におけるII −VI族化合物
半導体の光導波路の製造工程を示す概略断面図。 第3図(a)〜(d)は、本発明の実施例における第1
図の構造の光導波路の製造工程を示す概略断面図。 第4図(a)〜(d)は本発明の実施例における第2図
の構造の光導波路の製造工程を示す概略断面図。 第5図は従来技術のII −IV族化合物半導体の光導
波路の概略図。 ■・・・GaAs基板 2・・・ZnSクラッド層 3・・・Zn5e導波路層 ・ZnSクラッド層 ・S i O2マスク ・GaAs基板 ・ZnSクラッド層 ・Zn5e−ZnS超格子導波路層 ・SiO□ 以上 出願人 セイコーエプソン株式会社 代理人 弁理士 上 柳 雅 誉(他1名)(d)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基板上にII−IV族化合物半導体より成る第1のク
    ラッド層と該クラッド層よりも大きな屈折率を有するI
    I−IV族化合物より成る導波路層と該導波路層よりも小
    さな屈折率を有するII−IV族化合物半導体より成る第2
    のクラッド層を積層した構造を有しかつ少なくとも導波
    路層及び第2のクラッド層がリッジ型であることを特徴
    とする光導波路。
  2. (2)基板上に第1のクラッド層を形成する工程と、該
    第1のクラッド層上にマスクを形成する工程と、該マス
    クを用いて導波路層及び第2のクラッド層を第1のクラ
    ッド層上の一部に選択的に形成する工程と、マスクを除
    去する工程を含むことを特徴とする光導波路の製造方法
  3. (3)基板上にマスクを形成する工程と、該マスクを用
    いて第1のクラッド層及び導波路層及び第2のクラッド
    層を基板上の一部に選択的に形成する工程と、マスクを
    除去する工程を含むことを特徴とする第2項記載の光導
    波路の製造方法。
JP19683188A 1988-08-05 1988-08-05 光導波路及びその製造方法 Pending JPH0246407A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999063582A3 (de) * 1998-05-29 2000-02-17 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zum herstellen von halbleiterbauelementen
US11438905B2 (en) 2016-11-03 2022-09-06 Interdigital Patent Holdings, Inc. Frame structure in NR

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WO1999063582A3 (de) * 1998-05-29 2000-02-17 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zum herstellen von halbleiterbauelementen
US6838391B2 (en) 1998-05-29 2005-01-04 Osram Opto Semiconductors Gmbh & Co. Ohg Method of semiconductor processing including fluoride
US11438905B2 (en) 2016-11-03 2022-09-06 Interdigital Patent Holdings, Inc. Frame structure in NR

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