JPH0361912A - 半導体光導波路 - 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、光通信、光情報処理等に用いられろ半導体光
導波路に関し、特定モードのみを効率よく導波させるよ
うに工夫したものである。

〈従来の技術〉 従来、光通信、光情報処理等に用いられる偏波面が９０
度異なる直線偏光のモードフィルタとしては、グラント
ムソンプリズム等を用いたバルク型のもの、光導波路の
表面に金属膜を装荷した構造を有するデバイス、あるい
はニオブ酸リチウム単結晶を用いて、プロトン交換によ
り導波構造を形成したデバイス、同じくニオブ酸リチウ
ム単結晶を用いた方向性結合型のデバイス等が利用され
てきた。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、■上記プリズムを用いたモードフィルタ
ではバルク構造であり、導波路化されていないため、光
通信等に用いることは困難であった。

また、■上記金属膜を装荷したデバイスによれば、基板
に垂直な偏波面を持つ７Ｍモードの伝搬光に対して、金
属膜は非常に大きな吸収を生ずる一方、基板に平行な偏
波面を持つ７Ｍモード光に対して吸収をほとんど生じな
いので、ＴＥモード透過フィルタとして作用するが、Ｔ
Ｍモードフィルタとしては作用しないという問題点があ
った。

また、■上記ニオブ酸リチウム単結晶を用いた、プロト
ン交換導波路においてはプロトン交換部分が７Ｍモード
光のみに関して屈折率が高くなるｔこめＴＭモード透過
フィルタとしては作用するがＴＥモード透過フィルタと
して作用しないという問題点があった。

更に、■上記方向生結合型、のデバイスでは、ＴＭおよ
びＴＥモード光をフィルタリングすることはできるが、
この方法は外部から電界を印加し電気光学効果により、
ＴＭ及びＴＥモード光に対する結合度をそれぞれ独立に
制御する方法による為、外部電源を必要とする不便があ
るという欠点があった。

本発明は、上記■〜■に述べた問題点を鑑み、外部電源
を用いろ事なく、ＴＭ及びＴＥモード光をフィルタリン
グでき消光比の大きいモードフィルタ効果の高い半導体
光導波路を提供することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 前記課題を解決するｔこめの本発明の第１の半導体光導
波路の構成は、光を導波するコア領域が、半導体基板上
に異種の半導体を交互に積層させた超格子構造からなり
、該コア領域を含む平面内で且つ該コア領域と相碑合う
クラッド領域が、不純物を導入しない方法により混晶化
した半導体結晶よりなる光導波路を形成してなる半導体
光導波路であって、上記光導波路が少なくとも一以上の
曲がり部を有することを特徴とし、本発明第２の半導体
光導波路の構成は、光を導波するコア領域が、半導体基
板上に異種の半導体を交互に積層させた超格子構造を不
純物を導入しない方法により混晶化した半導体結晶より
なり、該コア領域を含む平面内で、該コア領域と相隣合
うクラッド領域が、前記超格子構造からなる光導波路を
形成してなる半導体光導波路であって、上記光導波路が
少なくとも一以上の曲がり部を有することを特徴とする
。

く作　　　用〉 本発明によれば、超格子構造及び超格子の混晶化を用い
ることにより、コア領域が超格子で、クラッド領域が超
格子を混晶化した半導体結晶からなる導波路の場合、Ｔ
Ｅ偏光のみが導波する。一方、コア領域が超格子を混晶
化した半導体結晶からなり、クラッド領域が超格子から
なる導波路の場合は、７Ｍ偏光のみが導波する。この導
波の際形成される光導ｅ′＃５を非直線状としているの
で、導波する偏波モード以外のモードの光は、曲がり部
において基板内に拡散してキャンセルされ、導波路の出
射端からは、導波光のみが出射し、消光比が向上する。

く実　施　例〉 以下、本発明の好適な一実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。

第１図は、本発明にかかる半導体光導波路を用いた本実
施例にかかる導波路型モードフィルタを示す斜視図であ
る。同図に示すように、例えばＧａＡｓ単結晶からなる
ＧａＡｓ基板１１の上面には、該ＧａＡｓ基板１１と比
べて低屈折率を有するＡｉｘＧａｌ−ｘＡｓ　（例えば
ｘ−＝０．５５）　よりなる下部クラッド層１２が設け
られており、更にこの下部クラッド層１２の上面にはＧ
ａＡｓ、ＡＩＡｓｃ７）８０Ａ程度の薄層の繰り返し構
造を有する超格子層（周期：　６２周期）１３が形成さ
れている。

この超格子層１３には、２つの異なったモード（ＴＥモ
ード、７Ｍモード）を導波するＴＥＥ導波路１４Ｅ、Ｔ
Ｍ光導波ｆ＠１４Ｍが、それぞれ後述する方法により形
成されており、その形状を例えばＳ字形状のように少な
くとも一部が曲がり部１５を有する非直線状としている
。

上記導波路の一方のＴＥＥ導波路１４Ｅの構成としては
、コア領域となる上記超格子層１３と、該コア領域を含
む平面内で該コア領域と相隣合うクラッド領域となる超
格子１１１３を後述する方法により混晶化して部分的混
晶化超格子層１６を形成するものである。

他方のＴＭ光導波路１４Ｍの構成としては、ＴＥＥ導波
路１４Ｅとは逆に、コア領域として上記部分的混晶化超
格子層１６を、クラッド領域としてコア領域を含む平面
内で該コア領域と相隣合う超格子層１３を各々形成する
ものである。

このような構成を有するＴＥＥ導波路及び７Ｍ光導波路
の作成方法を以下に説明する。

尚、本作成方法は超格子を混晶化する方法として、不純
物を導入しない方法を用いている。

まず、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）あるいは有機金属
気相成長法（ＭＯＣＶＤ）等の原子レベルでの膜厚制御
可能な結晶法を用いて、基板１１上にＡｌｘＧａ１−ｘ
Ａｓ下部クラッド相１２を２μｍ、ａいて導波路層及び
横方向のクラッド層となる前記超格子層１３を１μｍ１
エピタキシヤル成長させる。

該成長ウェハについて以下のようなプロセスを行う。

まず、ウェハの全面に５ＬＯ２をプラズマＣＶＤ法など
により、２０００Ａ程度堆積させる。

その後ＴＭ偏光導波モードフィルタ用のＴＭ光導波路１
４Ｍとする場合には、Ｓ字状の導波路領域の上部以外の
部分を、一方のＴＥ傷先光導波モードフィルタ用ＴＥ光
導波＠　１４Ｅとする場合には、Ｓ字状の導波領域の上
部の５ＪＯ２をそれぞれフォ！・リソグラフィの技術、
及び＼反応性イオンエツチング（ＲＩ　Ｅ）により除去
する。形成された導波路領域の幅は、５μ！ｎである。

次に、この５１０２でパターン化された超格子側と別の
ＧａＡｓウェハとを重ねた状態で、水素雰囲気中で昇温
速度３０℃／ｓｅｅ、熱処理温度９５０℃、熱処理時間
３０　ｓｅｃの条件で熱処理する。

この熱処理によってＳ　ｉ　Ｏ，膜の下部の超格子は部
分的に混晶化され、部分的混晶化超格子層１６となり、
この超格子の混晶化のベターニングにより、ＴＥ、ＴＥ
ｍ波の先導波路１４Ｅ、１４Ｍがそれぞれ形成される。

上記のプロセスにより、超格子部分に比べて、Ｓ　ｉ　
Ｑ２によって部分的に混晶化した領域は、バンドギャッ
プが大きくなり、屈折率は第２図に示すように、複屈折
率性が小さくなる。

従って、ＴＥａＩＥモードフィルタとして用いろ場合に
は、ＴＥ！光にとって、部分的に混晶した領域は、導波
路領域の超格子部分に比べて屈折率が小さくなるため、
導波路領域のクラッド層として機能し、ＴＥＥ波路１４
Ｅの領域では、ＴＥ偏光のみが導波可能となる。

また、ＴＭｓ光モードフィルタとして用いる場合には、
ＴＥ１１Ｅモ゛−ドフィルタの場合とは逆に、ＴＭ傷光
にとって、部分的に混晶化した領域は、超格子部分に比
べて屈折率が大きいため、導波Ｓ領域として機能し、超
格子部分がクラッド領域となり、ＴＭｇｆ、波＃１１４
Ｍの領域では、ＴＭａ光のみが導波可能となる。

上記熱処理の場合、混晶化率（よ、１５％程度であり、
超格子部分と部分的混晶化部分の屈折率差Ｃよ、４　Ｘ
　Ｉ　Ｑ””程度が得られる。

さらに、導波路のストライプが直線状ではなくＳ字状の
非直線上であるため、例えばＴＭ光導波路１４Ｍの場合
、導波しない偏波の光（ＴＥ波）は曲がり部１５で超格
子層１３内に拡散し、先導波路１４Ｍ内からほぼ完全に
抜けてしまい、ＴＭ波が効率よく導波され、フィルタ効
果が発揮される（第３図参照）。

従って、導波路の出射端での出力光を観測すると、導波
する偏波光以外の光は、はとんど観測されない。

また、これらＴＥ偏波モードフィルタ及びＴＭ偏波モー
ドフィルタを用い、出力光の偏光角度依存性を試験した
結果を第４図に示す。

同図に示すように４５度偏波の光を入射させたときの出
力光の先渡方向に関する消光比は、２０ｄＢ程度であっ
た。

以上、下部クラッド層のみを有する場合について述べた
が、上部クラッド層を有する場合にも同様な特性を得ろ
ことができろ。

また前述した実施例では、ＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓ材料
の場合において、５ＩＯ３を用いて超格子を混晶化した
場合について述べたが、本発明は超格子混晶化としてＧ
ａＡｓ−ＡｌＧａＡｓに限定されず、例えばＩｎＧａＡ
ｓ／ＩｎＰ。

ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ
等の材料にも適用可能なことは云うまでもない。また、
混晶化超格子を得る方法も、５ｉｎ２膜を用いる方法以
外に、例えばプラズマＣＶＤによって作製された窒化膜
（Ｓ　ｔ３Ｎ、　ｗｉり等の誘電体膜を用いる方法など
、不純物を導入しない超格子を混晶化する方法であれば
、いずれを用いてもよい。

尚、本実施例においては超格子層を混晶化する方法とし
て、不純物を導入しない方法を用いたが、この他に不純
物を導入する方法を用いて超格子層を混晶化させて、用
途を限定した半導体光導波路を成形することもできろ。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、異種の半導体を
交互に積層させた超格子構造及び、不純物を含まない超
格子の混晶化、並びに光導波路が少なくとも一以上の曲
がり部を有することで消光比の大きい、半導体光導波路
を提供することができるという効果を秦する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例を示す斜視図、第２図
は、混晶化超格子の屈折率を示す図、第３図は、実施例
の動作を示す図、第４図は、出力光の偏光角度依存性を
示す図である。 図　面　中、 １１はＧａＡｓ基板、 １２は下部クラッド層、 １３は超格子層、 １４ＥはＴＥ先導波路、 １４ＭはＴＭ光導波路、 １５は曲がり部、 １６は部分的混晶化超格子層である。 阻 混晶化率（％） ３ 図 １５曲がり部 偏光角度

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）光を導波するコア領域が、半導体基板上に異種の半
   導体を交互に積層させた超格子構造からなり、該コア領
   域を含む平面内で且つ該コア領域と相隣合うクラッド領
   域が、不純物を導入しない方法により混晶化した半導体
   結晶よりなる光導波路を形成してなる半導体光導波路で
   あって、 上記光導波路が少なくとも一以上の曲がり部を有するこ
   とを特徴とする半導体光導波路。２）光を導波するコア
   領域が、半導体基板上に異種の半導体を交互に積層させ
   た超格子構造を不純物を導入しない方法により混晶化し
   た半導体結晶よりなり、該コア領域を含む平面内で、該
   コア領域と相隣合うクラッド領域が、前記超格子構造か
   らなる光導波路を形成してなる半導体光導波路であって
   、 上記光導波路が少なくとも一以上の曲がり部を有するこ
   とを特徴とする半導体光導波路。３）請求項１又は２記
   載の半導体光導波路において、 上記不純物を導入しない方法として、ＳｉＯ＿２膜、Ｓ
   ｉ＿３Ｎ＿４膜を半導体結晶上に、堆積させ、熱処理す
   る方法を用いることを特徴とする半導体光導波路。