JPH04506577A - エピタキシアルシリコン層中の低損失光導波路の製造方法 - Google Patents
エピタキシアルシリコン層中の低損失光導波路の製造方法Info
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- JPH04506577A JPH04506577A JP2509142A JP50914290A JPH04506577A JP H04506577 A JPH04506577 A JP H04506577A JP 2509142 A JP2509142 A JP 2509142A JP 50914290 A JP50914290 A JP 50914290A JP H04506577 A JPH04506577 A JP H04506577A
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- G02B6/13—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
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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】
エピタキシアルシリコン層中の低損失光導波路の製造方法この発明は、シリコン
基板中に集積電子回路を鋼えたシリコンデバイスのエピタキシアルシリコン層中
の低損失光導波路の製造方法に関する。
この種の方法は「オプティンクス レターグー1第13巻、第2号、1988年
、第175〜177ページに記載されている。シリコンデバイスのエピタキシア
ルシリコン層中の光導波路のこの公知の製造方法の場合には、シリコン基板とエ
ピタキシアルシリコン層との間にSing又はAl□0雪から成る絶縁層が設け
られる。すなわちエピタキシアル瑠は「絶縁層上シリコンj (Sol)材料か
ら形成される。光導波路はこの公知の方法の場合に、詳細に「アイトリプルイー
ジャーナル オプ クオンタム エレクトロニクス」第QE−224、第10
号、1986年、第873〜879ページに記載されているように、いわゆるリ
ッジ導波路がエツチングにより形成されることにより完成される。それにより側
面の導波が実現される。この方法により造られた先導波路の長所は、電界と光電
磁界との間の交互作用がキャリヤ注入により可能であるということにある。更に
導波路は非常に低損失であるので有利である。なぜならば減衰がldB/cmよ
り小さいからである。しかしながらこの種の先導波路の製作はその製作のために
従来稀なSol材料を使用しなければならないという点で困難をもたらす。
この発明のSaWは、比較的経済的な方法で低減衰の先導波路を集積構造で製造
できるような、シリコンデバイスのエピタキシアルシリコン層中の低損失先導波
路の製造方法を提供することにある。
この1aiaの解決のために前記の種類の方法においてこの発明に基づき、弱い
ドーピングを育するエピタキシアルシリコン層がシリコン基板上に被覆され、シ
リタキシアルシリコン層中へ拡散導入されることにより解決される。
この発明に基づく方法の長所は、広く用いられる物質を利用するゆえに経済的に
寞施でき、小さい減衰のほかに電界と光電磁界との間の相互作用がキャリヤ注人
により達成できる光導波路の入手が可能となるということにある。その際自由キ
ャリヤによる付加損失は周期表のIV族の元素を含む物質の利用により回避され
る。エピタキシアルシリコン層の10 ”/ (m”より小さいドーピングは光
導波路中に十分に小さい減衰をもたらす。
この発明に基づ(方法の場合に物質として周期表のIV族の元素としてゲルマニ
ウムを用いることができる。その際シリコンへのゲルマニウムの低い拡散係数の
ゆえに約1200“Cの高い処理温度が必要であり、この処理温度はゲルマニウ
ムの融点を超えるということに注意すべきである。ゲルマニウムの融点は937
’Cである。その結果として事情によってはゲルマニウム・シリコン合金層に
よる不均一性が生じ、この不均一性が導波路中の光波の吸収を招くおそれがある
。
これに関連して、この発明に基づく方法の別の実施態様の場合に、物質としてG
e、Si fl−ml 合金が用いられるのが特に有利である。その際この合金
はゲルマニウムより高い融点を有することに注意すべきである。そしてこの物質
により製造された光導波路は非常に均一に形成することができる。
この発明に基づく方法の場合に更に、物質が導波路の所望の形状に応して帯状に
エピタキシアルシリコン層上に被覆されるのが有利であることが判明している。
このことは例えばホトレジストによる被覆の後にGe++Si (1−111合
金の蒸着により行うことができる。
この発明に基づく方法の場合に、物質が固体として又は融液としてエピタキシア
ルシリコン層上に被覆されるかどうかに無関係に、導入拡散の前にエピタキシア
ルシリコン層が物質を支持するその表面上に5iOz被覆層を設けられるのが有
利である。
更にこの発明に基づく方法の場合に、シリコンデバイスが保護ガスのもとに数時
間拡散温度にさらされ、続いてSiO□被覆層がエツチング除去されるのが有利
である。
この発明の説明のために、第1図はゲルマニウム・シリコン状態図を示し、第2
図ないし第7図はこの発明に基づく方法を個々の段階で示す。
第2図に示すように、シリコン基板l上にはエピタキシアルシリコン層2が被覆
され、層2は十分に小さい減衰を得るために弱くドープされており、従って例え
ば10′&/cm’より低いドーピングを有する。エビタキンアルシリコンl1
12のシリコン基板lと反対側の表面3上には、設けようとする光導波路の形状
に相応するパターンでホトレジストl1I4が被覆される。その際ホトレジスト
層は公知の方法で第2図に示された内向きに引っ込んだ縁が得られる可逆性ホト
レジストから成るのが有利である。これらの縁の負の傾斜は、この発明に基づく
方法を実施する場合に拡散源としての物質の被覆のために必要であるような、比
較的大きい層厚のパターン形成を可能にする。
そのように処理されたシリコンデバイス5力儂いて高真空設備中へ送り込まれ、
そこで真空エンチングにより表面浄化される。続いて高真空設備中で10−’m
bar以下の圧力でGe、Si H−89合金によるII着が行われ、それによ
りこの種の合金から成る層6がホトレジスト層4上ばかりでなく、エピタキシア
ルシリコン層2のホトレジストから露出された領域7上にも第3図に示すように
生じる。
その1llFGetsi tl−*+金合金種々の方法で作ることができる。一
つの方法は、電子線がゲルマニウムを入れたるつぼとシリコンを入れたるつぼと
の間で切り換え走査され、その際合金比Xが走査比率により3111節されるも
のである。電子線切り換え走査は通常IHzの周波数により行われる。
しかし合金をゲルマニウムとシリコンの交互の層状構造により作ることもできる
。
例えばこの発明に基づく方法の枠内で、1%の屈折率増加を有する約3μmの深
さのチャネルをエピタキシアルシリコン屡2中に作ることを考えると、そのため
に純粋なゲルマニウム従って合金比x=100%ゲルマニウムを有する物質を用
いる場合に、約55nmの物質の層厚が必要である。別の合金比Xに対しては層
厚をXの逆数だけ高めるべきであり、従ってx=10%ゲルマニウムを有する合
金に対しては約550nmO層厚を選択すべきである。
高真空設備中でのシリコンデバイス5の蓼着後にデバイスがこの設備から取り出
され、続いてホトレジスト層4の除去のために有W1溶媒にさらされ、その際除
去は場合によっては超音波投射により促進することができる。そのときエピタキ
シアルシリコン層2の面3上にはGewii 11−Ml 合金から成る帯8だ
けが拡散源として残っている。そのように処理されたシリコンデバイス5が第4
図に示されている。
続いてシリコンデバイス5が高周波スパッタリング設備により、エピタキシアル
シリコン層2の物質又は拡散源を支持する表面3上にSi0g層9を被覆され、
層9に対しては約600nmの厚さが選ばれる(第5図参照)、その@sio□
層の充填密度向上のために、スパッタリング中に約200 ’Cヘシリコンデ/
<イス5の加熱を行うことができる。
続いてシリコンデバイス5が1200℃の温度である時間例えば50時間にわた
り約0. 5 1/sinの流量を有するアルゴン流のもとて拡散導入され、そ
の結果シリコンデバイス5は第6図に示すような状態を有する。物質8がエピタ
キシアルシリコン層2中へ拡散導入される。
最後の工程として5iOt19がフッ酸によりエツチング除去され、増加した屈
折率を有しゲルマニウムをF−プされたチャネル10が、低損失光導波路として
第7図に示すようにシリコンデバイス5中に生しる。
既に述べたように拡散源として純粋なゲルマニウムでなく、融点が必要な拡散温
度1200℃を超えるGemSi n−*+金合金用いるのが特に有利である。
第1図に示す状態図から分かるように、この場合に合金のゲルマニウム含有量X
をX〈32%に選ばなければならない、しかし基本的に拡散源として固体及び融
液から成る混合物を用いることも可能である。この場合には第1図に示すように
x−32%ないしx−65%の合金比を有する合金も用いられる。更に拡散源と
して純粋な融液を用いることもできる。
低損失単一モード導波路の製造のために、合金比x−0,5,160nmの合金
理工及びb−10μmの帯幅を育する合金が有利である。69時間の拡散時間及
び1200°Cの拡散温度の場合に、こうして7μmの垂直寸法及び11μmの
水平寸法を育す□るスポットサイズが得られる。
IG 1
FIG 2 FIG 5
FI03 FIG 6
FIG 4 FIG 7
国際調査報告
一一一一一一一一一−Q PCT/DI!90100497国際調査報告
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.シリコン基板中に集積電子回路を有するシリコンデバイスのエピタキシアル シリコン層中の低損失光導波路の製造方法において、弱いドーピングを有するエ ピタキシアルシリコン層(2)がシリコン基板(1)上に被覆され、シリコンよ り高い屈折率実数部分を有する周期表のIV族の元素を含む物質(8)が、エピ タキシアルシリコン層(2)中へ拡散導入されることを特徴とするエピタキシア ルシリコン層中の低損失光導波路の製造方法。 2.物質としてゲルマニウムが用いられることを特徴とする請求の範囲1記載の 方法。 3.物質(8)としてGexSi(1−x)合金が用いられることを特徴とする 請求の範囲1記載の方法。 4.物質(8)が導波路の所望の形状に応じて帯状にエピタキシアルシリコン層 (2)上に被覆されることを特徴とする請求の範囲1ないし3の一つに記載の方 法。 5.エピタキシアルシリコン層(2)が物質(8)を支持するその表面(3)上 にSiO2被覆層(9)を設けられることを特徴とする請求の範囲1ないし4の 一つに記載の方法。 6.シリコンデバイス(5)が保護ガスのもとに数時間にわたり拡散温度にさら され、続いてSiO2被覆層(9)がエッチング除去されることを特徴とする請 求の範囲5記載の方法。
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