JPH0281006A - 光導波路 - Google Patents
光導波路Info
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- JPH0281006A JPH0281006A JP23401688A JP23401688A JPH0281006A JP H0281006 A JPH0281006 A JP H0281006A JP 23401688 A JP23401688 A JP 23401688A JP 23401688 A JP23401688 A JP 23401688A JP H0281006 A JPH0281006 A JP H0281006A
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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〕
本発明は半導体光導波路の構造に関する。
半導体材料を用いて構成する先導波素子は、光源、光検
出素子、先導波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
あたり、キーデバイスである。加えて、８００ ｎ ｍ
近傍の波長の光電子デバイスは、光ディスクやレーザプ
リンタのような高密度光情報処理システム等に広く応用
され数多くの研究がなされている分野である。しかしな
がら、この分野の集積光学の進歩を遅らせている１つの
問題は、シングルモードで上記波長帯で比較的伝搬損失
が高いことである。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 （Ｙｏｋｏｇ
ａｗａ、Ｏｇｕｒａ ｃｔ、ａｌ：Ａｐｐｌ 、Ｐｈ
ｙｓ、ｌ、ｅＬＬ、）Ｖｏｌ、５２．Ｎｏ、２．Ｐ１２
０，１９８８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より成るクラッド層、３０３はＺ
ｎ５ｅ−ＺｎＳ超格子より成る導波路層、３０４はスト
ライブ状の５ＩＯ２クラッド層である。
出素子、先導波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
あたり、キーデバイスである。加えて、８００ ｎ ｍ
近傍の波長の光電子デバイスは、光ディスクやレーザプ
リンタのような高密度光情報処理システム等に広く応用
され数多くの研究がなされている分野である。しかしな
がら、この分野の集積光学の進歩を遅らせている１つの
問題は、シングルモードで上記波長帯で比較的伝搬損失
が高いことである。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 （Ｙｏｋｏｇ
ａｗａ、Ｏｇｕｒａ ｃｔ、ａｌ：Ａｐｐｌ 、Ｐｈ
ｙｓ、ｌ、ｅＬＬ、）Ｖｏｌ、５２．Ｎｏ、２．Ｐ１２
０，１９８８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より成るクラッド層、３０３はＺ
ｎ５ｅ−ＺｎＳ超格子より成る導波路層、３０４はスト
ライブ状の５ＩＯ２クラッド層である。
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。
る。
１）ｍ−Ｖ族化合物半導体であるＧａＡｓ基板と、１ｌ
−Ｖｌ族化合物ミ１６導体であるＺｎＳ、Ｚｎ５ｅ層と
の間には大きなＦｆＳ 子羊整合か存在する。したがっ
て第３図に示す構造の如くＧａＡＳ基板上に成長された
ＺｎＳクラッド層には不整合に起因する転位が発生する
為結晶性の低下する。
−Ｖｌ族化合物ミ１６導体であるＺｎＳ、Ｚｎ５ｅ層と
の間には大きなＦｆＳ 子羊整合か存在する。したがっ
て第３図に示す構造の如くＧａＡＳ基板上に成長された
ＺｎＳクラッド層には不整合に起因する転位が発生する
為結晶性の低下する。
２）したがって、導波光の導波層よりＺｎＳクラッド層
にしみだした部分が損失を受け、導波損失が増加する。
にしみだした部分が損失を受け、導波損失が増加する。
３）導波層は超格子層として、格子不整合に起因するス
トレスの緩和する構造としているが、前述の如くのＺｎ
Ｓ層への成長ということで、導波路としての損失は大き
い。
トレスの緩和する構造としているが、前述の如くのＺｎ
Ｓ層への成長ということで、導波路としての損失は大き
い。
４）また上部クラット層は５ｉ０２を使用しているが５
ｉ０２の熱膨脹係数と、ｎ−ｖｉ及びｍ−ｖ族化合物半
導体の熱膨脹係数との差は大であり、作製プロセス終了
後素ｒに熱膨張係数差に起因する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。
ｉ０２の熱膨脹係数と、ｎ−ｖｉ及びｍ−ｖ族化合物半
導体の熱膨脹係数との差は大であり、作製プロセス終了
後素ｒに熱膨張係数差に起因する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。
そこで本発明はこのような課題を解決するちので、その
Ｌ１的は、基板側クラッド層および光導波路層を基板に
格子整合したあるいはほぼ格子整合した材料としかつ結
晶性の秀れたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体とし、その上に
■−■族化合物半導体層を有する構造とすることで、極
めて伝搬損失の少ない先導波路を提供することにある。
Ｌ１的は、基板側クラッド層および光導波路層を基板に
格子整合したあるいはほぼ格子整合した材料としかつ結
晶性の秀れたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体とし、その上に
■−■族化合物半導体層を有する構造とすることで、極
めて伝搬損失の少ない先導波路を提供することにある。
本発明による先導波路は、■−Ｖ族化合物半導体基板上
に、■−Ｖ族化合物゛１（導体より成るクラッド層およ
び該クラッド層より屈折率の大なる■■族化合物半導体
より成る光導波路層を順次積層し、かつ該光導波路層上
の１部には該光導波路層の屈折率より小なる■−■族化
合物半導体より成るクラブト層を有して成る構造を特徴
とする。
に、■−Ｖ族化合物゛１（導体より成るクラッド層およ
び該クラッド層より屈折率の大なる■■族化合物半導体
より成る光導波路層を順次積層し、かつ該光導波路層上
の１部には該光導波路層の屈折率より小なる■−■族化
合物半導体より成るクラブト層を有して成る構造を特徴
とする。
第１図は本発明の実施例における斜視図であるココテ、
１０１はＧａＡｓ基板、１０２はＡｇ８Ｇａ＋−ｘＡｓ
クラッド層、１０３はＡｇＹＧａ、イＡｓ光導波路層（
Ｘ＞Ｙ）であり、すべて１１１−Ｖ族化合物半導体であ
る。また１０４は■■族化合物半導体であるＺｎ５ｅク
ラッド層である。
１０１はＧａＡｓ基板、１０２はＡｇ８Ｇａ＋−ｘＡｓ
クラッド層、１０３はＡｇＹＧａ、イＡｓ光導波路層（
Ｘ＞Ｙ）であり、すべて１１１−Ｖ族化合物半導体であ
る。また１０４は■■族化合物半導体であるＺｎ５ｅク
ラッド層である。
第２図は実施例を実現する為のプロセス上程図である。
最初に■−■族化合物゛１−導体であるＧａＡｓ基板２
０１上に、同しく ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であるＡ
Ｎ ｘ Ｇ ａ ｌ−Ｘ Ａ Ｓクラッド層及びＡ、Ｑ
ｙＧａ、ｙＡｓ光導波路層を順次積層する。
０１上に、同しく ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であるＡ
Ｎ ｘ Ｇ ａ ｌ−Ｘ Ａ Ｓクラッド層及びＡ、Ｑ
ｙＧａ、ｙＡｓ光導波路層を順次積層する。
（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（ＭＯＣＶＤ／、！ミ）およ
び分子線成長法（ＭＢＥ法）等のいかなる手段の適用か
可能である。続いて二酸化シリコン等誘電体薄膜２０４
を積層し、第２図（ｃ）の斜線の如く形状にストライブ
状にエツチング加工する。
法）、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ／、！ミ）およ
び分子線成長法（ＭＢＥ法）等のいかなる手段の適用か
可能である。続いて二酸化シリコン等誘電体薄膜２０４
を積層し、第２図（ｃ）の斜線の如く形状にストライブ
状にエツチング加工する。
（第２図（ｂ））次いでジメチルジンク（ＤＭＺｎ）−
ジメチルセレン（ＤＭＳ ｅ）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■−■族化
合物半導体であるＺｎ５ｅを成長する。この際誘電体薄
膜２０４上には多結晶Ｚｎ５ｅ層２０６が、またそれ以
外の部分ては単結晶Ｚｎ５ｅ層２０５が成長する。（第
２図（ｄ））ここて水酸化ナトリウム水溶ｉｌｌによる
Ｚｎ５ｅ層のエツチングを行なう。この場合、多結晶Ｚ
ｎ５ｅのエツチングレートは単結晶Ｚｎ５ｅのエッチレ
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、ｉｌｌ結晶Ｚｎ５ｅ層は残り、それがＺｎ
５ｅクラッド層２０７となり第２図（ｅ）の如く形状の
先導波路が形成される。
ジメチルセレン（ＤＭＳ ｅ）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■−■族化
合物半導体であるＺｎ５ｅを成長する。この際誘電体薄
膜２０４上には多結晶Ｚｎ５ｅ層２０６が、またそれ以
外の部分ては単結晶Ｚｎ５ｅ層２０５が成長する。（第
２図（ｄ））ここて水酸化ナトリウム水溶ｉｌｌによる
Ｚｎ５ｅ層のエツチングを行なう。この場合、多結晶Ｚ
ｎ５ｅのエツチングレートは単結晶Ｚｎ５ｅのエッチレ
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、ｉｌｌ結晶Ｚｎ５ｅ層は残り、それがＺｎ
５ｅクラッド層２０７となり第２図（ｅ）の如く形状の
先導波路が形成される。
本発明の先導波路を構成する材料の中て、ＧａＡｓ基板
とＡｌ 、、Ｇａ、−、Ａｓ層はＡｇ混晶比Ｕのすべて
の値に対し両者はほぼ格子整合している。
とＡｌ 、、Ｇａ、−、Ａｓ層はＡｇ混晶比Ｕのすべて
の値に対し両者はほぼ格子整合している。
またＡ、ＱＧａＡｓとクラッド層のＺｎ５ｅ層とし０、
２％程度の格子不整合でしかなく光導波層への残留ス
トレスは極めて小さく、格子不整合による転位の発生も
ほとんど生しない。またＺｎ５ｅ層のエネルギーバンド
ギャップは〜２．５ｅＶであり光吸収損失も小である。
２％程度の格子不整合でしかなく光導波層への残留ス
トレスは極めて小さく、格子不整合による転位の発生も
ほとんど生しない。またＺｎ５ｅ層のエネルギーバンド
ギャップは〜２．５ｅＶであり光吸収損失も小である。
したがって極めて低損失の光導波路か実現される。
本実施例では光導波路層をＡｇ、Ｇａ１．−、Ａｓ層と
しているのでＡｇ混晶比はＹなるＡ、１ＪＧａＡＳのエ
ネルギーギャップＥ、、Ｖに相当する波長よりも長い波
長の光に対して先導波路としてｆｌｌ用できる。
しているのでＡｇ混晶比はＹなるＡ、１ＪＧａＡＳのエ
ネルギーギャップＥ、、Ｖに相当する波長よりも長い波
長の光に対して先導波路としてｆｌｌ用できる。
ここでは光導波路層としてＡｇＧａＡｓ層を用いたが、
ＧａＡｓ基板に格子整合するＩｎＧａＡｓ Ｐ ｓ
Ｉ ｎ Ｇ ａ Ａ 、１７ Ｐ層とすることで、より
短波長の光の伝微か低（ｉ失で実現される。たとえばＧ
ａＡｓ基板に格子整合する［ ｎ Ｏ，４９Ｇ ａ ｌ
−ｏ、 ４９−ＩＩＡΩ、Ｐ（υはＡΩ混晶１いはυ÷
０．５１とすることでエネルギーギャップＥ１１．は〜
２．５ｅＶとなり、５００ ｎ ｍ帯までの短波長の光
に対して導波路として利用できる。同（、′ＱにＩｎＧ
ａＡｓＰに対しても同様に６５０ ｎ ｍ ｆＷ度まで
の）豆波長先に（り川できる。
ＧａＡｓ基板に格子整合するＩｎＧａＡｓ Ｐ ｓ
Ｉ ｎ Ｇ ａ Ａ 、１７ Ｐ層とすることで、より
短波長の光の伝微か低（ｉ失で実現される。たとえばＧ
ａＡｓ基板に格子整合する［ ｎ Ｏ，４９Ｇ ａ ｌ
−ｏ、 ４９−ＩＩＡΩ、Ｐ（υはＡΩ混晶１いはυ÷
０．５１とすることでエネルギーギャップＥ１１．は〜
２．５ｅＶとなり、５００ ｎ ｍ帯までの短波長の光
に対して導波路として利用できる。同（、′ＱにＩｎＧ
ａＡｓＰに対しても同様に６５０ ｎ ｍ ｆＷ度まで
の）豆波長先に（り川できる。
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Ｚｎ５ｅ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図に示す如く先導波路が実現され
る。
スを進めた後Ｚｎ５ｅ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図に示す如く先導波路が実現され
る。
また適切な祠ｔ４の選択により接合に甲行な方向の屈折
率段差の制御が可能であることから、ンングルモード伝
搬の先導波路か、プロセス上再現性良好なデイメンジョ
ンで実現される。たとえば、接合に下行な方向の有効屈
折率段差を５Ｘ１０−３程度とすれば、先導波路部の幅
は２μｍ程度となり、上部クラツド層Ｚｎ５ｅ層の幅を
２μｍ程度とすればよい。ここではＺｎ５ｅ層とし、て
が他の■−■族化合物半導体の利用も可能である。
率段差の制御が可能であることから、ンングルモード伝
搬の先導波路か、プロセス上再現性良好なデイメンジョ
ンで実現される。たとえば、接合に下行な方向の有効屈
折率段差を５Ｘ１０−３程度とすれば、先導波路部の幅
は２μｍ程度となり、上部クラツド層Ｚｎ５ｅ層の幅を
２μｍ程度とすればよい。ここではＺｎ５ｅ層とし、て
が他の■−■族化合物半導体の利用も可能である。
以−Ｌ述べたように本発明によれば以下のように多大な
効果をｒＴする。
効果をｒＴする。
１）基板、クラッド層及び光導波層を■−Ｖ族化合物半
導体としたことで、高品質のＧ ａ Ａ ｓ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Ｉ′１Ｉｌｊ′定数の近いヰ］料の積層か可能であり
、結晶性秀れた積層により極めて伝搬損失の少ない先導
波路が実現される。
導体としたことで、高品質のＧ ａ Ａ ｓ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Ｉ′１Ｉｌｊ′定数の近いヰ］料の積層か可能であり
、結晶性秀れた積層により極めて伝搬損失の少ない先導
波路が実現される。
２）Ｉ ｎＧａＡＲＰ等の■−ｖ族化合物半導体の使用
により５００ ｎ ｍ帯までの光の導波に利用できる。
により５００ ｎ ｍ帯までの光の導波に利用できる。
３）したがって高密度光情報処理装置等で望まれている
短波長半導体用先導波路として利用できる。
短波長半導体用先導波路として利用できる。
４）すべての層の成長かＭＯＣＶＤ法でｒｉＪ能である
ことから均一で高信頼性の先導波路の作製かｉ’ｉＪ能
である。
ことから均一で高信頼性の先導波路の作製かｉ’ｉＪ能
である。
５）クラブト層のＺｎ５ｅ層等ロー■族化合物士導体は
エネルギーギャップを大きく、低屈折率＋イ料であり、
光吸収ＩＨ失がなく光間し込めにもａ効°Ｃある。
エネルギーギャップを大きく、低屈折率＋イ料であり、
光吸収ＩＨ失がなく光間し込めにもａ効°Ｃある。
第１図は本発明の一実施例を示す斜視図。
第２図（ａ）〜（ｅ）は本発明を実施する際のプロセス
二り程図。 第３図は従来例を示す斜視図。 １０４．２０７ ２０４ ・ ・ ・ ・ ２ Ｄ ５ ・ ・ ・ ・ ２〔］６ ・ ・ ・ ・ ３０２ ・ ・ ・ ・ ’３０３ ・ ・ ・ ・ ３０４ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・・・クラッド層 ・・誘電体薄膜 ・・単結晶Ｚｎ５ｅ層 ・・多結晶Ｚ ｎ Ｓ ｅ層 ・・ＺｎＳクラッド層 争−ＺｎＳｅ−ＺｎＳ 超格子光導波路層 争・◆５１０２クラ・ソト 層 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）１０１．２
０１．３０１ ・・ＧａＡｓＪＪ板１０２．２０２・
・ φ ・ ・ ・ＡｇＸ ＧａＩ−ｘ ＡＳクラッド
層 １０３．２０３・・・・・・ＡｇｙＧａｌ−ｙＡＳ光導
波路層 ｃｄン （ｅン ＄２）ヌ
二り程図。 第３図は従来例を示す斜視図。 １０４．２０７ ２０４ ・ ・ ・ ・ ２ Ｄ ５ ・ ・ ・ ・ ２〔］６ ・ ・ ・ ・ ３０２ ・ ・ ・ ・ ’３０３ ・ ・ ・ ・ ３０４ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・・・クラッド層 ・・誘電体薄膜 ・・単結晶Ｚｎ５ｅ層 ・・多結晶Ｚ ｎ Ｓ ｅ層 ・・ＺｎＳクラッド層 争−ＺｎＳｅ−ＺｎＳ 超格子光導波路層 争・◆５１０２クラ・ソト 層 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）１０１．２
０１．３０１ ・・ＧａＡｓＪＪ板１０２．２０２・
・ φ ・ ・ ・ＡｇＸ ＧａＩ−ｘ ＡＳクラッド
層 １０３．２０３・・・・・・ＡｇｙＧａｌ−ｙＡＳ光導
波路層 ｃｄン （ｅン ＄２）ヌ
Claims (1)
- III−Ｖ族化合物半導体基板上に、III−Ｖ族化合物半導
体より成るクラッド層および該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を順
次積層し、かつ該光導波路層上の１部には該光導波路層
の屈折率より小なるII−VI族化合物半導体より成るクラ
ッド層を有して成る構造を特徴とする光導波路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23401688A JPH0281006A (ja) | 1988-09-19 | 1988-09-19 | 光導波路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23401688A JPH0281006A (ja) | 1988-09-19 | 1988-09-19 | 光導波路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0281006A true JPH0281006A (ja) | 1990-03-22 |
Family
ID=16964236
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23401688A Pending JPH0281006A (ja) | 1988-09-19 | 1988-09-19 | 光導波路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0281006A (ja) |
-
1988
- 1988-09-19 JP JP23401688A patent/JPH0281006A/ja active Pending
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