JPH05157919A - 半導体光導波路およびその製造方法 - Google Patents
半導体光導波路およびその製造方法Info
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- JPH05157919A JPH05157919A JP34961691A JP34961691A JPH05157919A JP H05157919 A JPH05157919 A JP H05157919A JP 34961691 A JP34961691 A JP 34961691A JP 34961691 A JP34961691 A JP 34961691A JP H05157919 A JPH05157919 A JP H05157919A
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- optical waveguide
- gaas
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体のエッチング工程を用いずにＧａＡｓ
系半導体光導波路の製造が可能であり、低損失で、かつ
微細なＧａＡｓ系半導体光導波路を再現性良く、広い面
積にわたって製造することができる方法、および上述の
方法により製造される超低損失のＧａＡｓ系半導体光導
波路を提供する。 【構成】 ＧａＡｓ系半導体光導波路を製作する際に、
エッチング工程によるリッジ形成をするのではなく、平
坦なダブルヘテロ結晶上に誘電体をマスクとして選択的
にＧａＩｎＰリッジを成長する。このとき、リッジ側面
も平滑な結晶面とすることができるので、散乱損失の無
い超低損失な導波型光制御デバイスを実現できる。しか
も、この製造方法においては、半導体のエッチングは不
要であり、エッチングを行うのは薄い誘電体膜のみであ
る上に、ＧａＩｎＰはＡｌＧａＡｓに比べて容易に選択
成長できるので、微細な半導体光導波路を広い面積にわ
たって均一かつ再現性良く製造することができ、集積化
や量産化に適する。
系半導体光導波路の製造が可能であり、低損失で、かつ
微細なＧａＡｓ系半導体光導波路を再現性良く、広い面
積にわたって製造することができる方法、および上述の
方法により製造される超低損失のＧａＡｓ系半導体光導
波路を提供する。 【構成】 ＧａＡｓ系半導体光導波路を製作する際に、
エッチング工程によるリッジ形成をするのではなく、平
坦なダブルヘテロ結晶上に誘電体をマスクとして選択的
にＧａＩｎＰリッジを成長する。このとき、リッジ側面
も平滑な結晶面とすることができるので、散乱損失の無
い超低損失な導波型光制御デバイスを実現できる。しか
も、この製造方法においては、半導体のエッチングは不
要であり、エッチングを行うのは薄い誘電体膜のみであ
る上に、ＧａＩｎＰはＡｌＧａＡｓに比べて容易に選択
成長できるので、微細な半導体光導波路を広い面積にわ
たって均一かつ再現性良く製造することができ、集積化
や量産化に適する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、将来の光通信システム
や光情報処理システムにおいて重要なエレメントとなる
半導体光導波路、特に伝搬光の損失が小さく、半導体の
エッチングを伴わないため製造方法としても簡単な半導
体光導波路に関する。
や光情報処理システムにおいて重要なエレメントとなる
半導体光導波路、特に伝搬光の損失が小さく、半導体の
エッチングを伴わないため製造方法としても簡単な半導
体光導波路に関する。
【０００２】
【従来の技術】光エレクトロニクスの進歩とともに、半
導体光デバイスの集積化の研究開発が近年盛んに進めら
れている。半導体光集積回路の重要なコンポーネントの
一つである半導体光導波路は、半導体電子デバイスで培
われた微細加工技術を応用することによって半導体基板
上に実現でき、同一基板上の半導体光マトリクススイッ
チの各スイッチ間や、半導体光機能素子間の接続（例え
ば、光源とスイッチやアンプなどとの接続）に用いられ
る。特にＧａＡｓ系半導体光導波路は長波長帯で低損失
であり、また微細加工技術に優れる、などの特徴を有し
ており、マトリクス光スイッチ間を接続する光導波路
や、２本の導波路を近接させた方向性結合器型光スイッ
チなどへの応用が精力的に進められている。低損失性に
関しては、近年Ｅ．Ｋａｐｏｎらによって波長１．５２
μｍにおいて０．１５ｄＢ／ｃｍという低損失光導波路
がＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系で実現できることがアプラ
イドフィジックス レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙ
ｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）誌第５０巻第２３号（１９
８７）のＰ１６２８〜１６３０ページにおいて報告され
ている。ＧａＡｓおよびＡｌＧａＡｓのバンドギャップ
波長は１．３μｍおよび１．５μｍ帯に比べて十分に短
波長側にあるため、上述のような低損失光導波路を実現
することができる。しかしながら、上述の低損失ＧａＡ
ｓ／ＡｌＧａＡｓ光導波路はウェットエッチングにより
形成されたものであり、微細な導波路を広い面積にわた
って均一性良く形成するには不向きである。したがっ
て、上述の導波路形成法ではいくら低損失の導波路が実
現できても、それを集積光デバイスへ適用したり、もし
くは単体光デバイスの量産化へと適用したりすることは
難しい。その上、エッチング深さはそのまま導波路内へ
の光の閉じ込めの強さを左右するため、エッチング深さ
の再現性にも課題がある。これに対して、ドライエッチ
ングを利用すれば微細な導波路を広い面積にわたって均
一にかつ再現性良く形成することができる。しかしなが
ら、現状のドライエッチング技術ではエッチング底面や
エッチング側面に微少な凹凸ができることは避けられ
ず、その凹凸により伝搬光に散乱損失が生ずるので、損
失低減には限りがある。さらに、ドライエッチングにお
いてはエッチング底面にダメージが誘起され、このダメ
ージも伝搬光に対して損失を与える。このような理由に
よりドライエッチングを用いた半導体光導波路の損失を
ウェットエッチングを用いた場合のように減少させるの
は困難である。以上のように、微細な導波路を広い面積
にわたって均一かつ再現性良く実現し、さらに、低損失
な導波路を実現させるという点に解決すべき課題があっ
た。
導体光デバイスの集積化の研究開発が近年盛んに進めら
れている。半導体光集積回路の重要なコンポーネントの
一つである半導体光導波路は、半導体電子デバイスで培
われた微細加工技術を応用することによって半導体基板
上に実現でき、同一基板上の半導体光マトリクススイッ
チの各スイッチ間や、半導体光機能素子間の接続（例え
ば、光源とスイッチやアンプなどとの接続）に用いられ
る。特にＧａＡｓ系半導体光導波路は長波長帯で低損失
であり、また微細加工技術に優れる、などの特徴を有し
ており、マトリクス光スイッチ間を接続する光導波路
や、２本の導波路を近接させた方向性結合器型光スイッ
チなどへの応用が精力的に進められている。低損失性に
関しては、近年Ｅ．Ｋａｐｏｎらによって波長１．５２
μｍにおいて０．１５ｄＢ／ｃｍという低損失光導波路
がＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系で実現できることがアプラ
イドフィジックス レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙ
ｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）誌第５０巻第２３号（１９
８７）のＰ１６２８〜１６３０ページにおいて報告され
ている。ＧａＡｓおよびＡｌＧａＡｓのバンドギャップ
波長は１．３μｍおよび１．５μｍ帯に比べて十分に短
波長側にあるため、上述のような低損失光導波路を実現
することができる。しかしながら、上述の低損失ＧａＡ
ｓ／ＡｌＧａＡｓ光導波路はウェットエッチングにより
形成されたものであり、微細な導波路を広い面積にわた
って均一性良く形成するには不向きである。したがっ
て、上述の導波路形成法ではいくら低損失の導波路が実
現できても、それを集積光デバイスへ適用したり、もし
くは単体光デバイスの量産化へと適用したりすることは
難しい。その上、エッチング深さはそのまま導波路内へ
の光の閉じ込めの強さを左右するため、エッチング深さ
の再現性にも課題がある。これに対して、ドライエッチ
ングを利用すれば微細な導波路を広い面積にわたって均
一にかつ再現性良く形成することができる。しかしなが
ら、現状のドライエッチング技術ではエッチング底面や
エッチング側面に微少な凹凸ができることは避けられ
ず、その凹凸により伝搬光に散乱損失が生ずるので、損
失低減には限りがある。さらに、ドライエッチングにお
いてはエッチング底面にダメージが誘起され、このダメ
ージも伝搬光に対して損失を与える。このような理由に
よりドライエッチングを用いた半導体光導波路の損失を
ウェットエッチングを用いた場合のように減少させるの
は困難である。以上のように、微細な導波路を広い面積
にわたって均一かつ再現性良く実現し、さらに、低損失
な導波路を実現させるという点に解決すべき課題があっ
た。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、ＧａＡ
ｓ系半導体光導波路は、大規模集積化や単体光デバイス
の量産化へと適用できるような、微細でしかも低損失な
光導波路を製作する技術が確率していない。本発明が解
決しようとする課題は、半導体のエッチングを行わずに
微細で低損失なＧａＡｓ系半導体光導波路を製造する方
法を提供し、この製造方法により製作されるＧａＡｓ系
半導体光導波路の構造を提供することにある。
ｓ系半導体光導波路は、大規模集積化や単体光デバイス
の量産化へと適用できるような、微細でしかも低損失な
光導波路を製作する技術が確率していない。本発明が解
決しようとする課題は、半導体のエッチングを行わずに
微細で低損失なＧａＡｓ系半導体光導波路を製造する方
法を提供し、この製造方法により製作されるＧａＡｓ系
半導体光導波路の構造を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上述のような課題を解決
するために、本発明においては、ＧａＡｓ半導体基板上
に、少なくともＡｌＧａＡｓ又はＧａＩｎＰ半導体第１
クラッド層、半導体導波層、ＧａＩｎＰ半導体第２クラ
ッド層が順次積層された層構造を有し、該ＧａＩｎＰ半
導体第２クラッド層上に、ＧａＩｎＰ半導体第３クラッ
ド層でリッジが形成されて直線形状の３次元光導波路が
形成されており、前記リッジの側面が（１１１）面であ
ることを特徴とする半導体光導波路の構造を採用し、そ
の製造方法として、ＧａＡｓ半導体基板上に、少なくと
もＡｌＧａＡｓ又はＧａＩｎＰ半導体第１クラッド層、
半導体導波層、ＧａＩｎＰ半導体第２クラッド層を順次
に積層する工程と、該ＧａＩｎＰ半導体第２クラッド層
上に選択結晶成長用誘電体マスクパターンを形成する工
程と、該マスクパターンの開口部だけにＧａＩｎＰ半導
体第３クラッド層を選択的に成長することによりリッジ
部を形成して３次元光導波路を形成する工程とを少なく
とも含むことを特徴とする半導体光導波路の製造方法を
採用した。
するために、本発明においては、ＧａＡｓ半導体基板上
に、少なくともＡｌＧａＡｓ又はＧａＩｎＰ半導体第１
クラッド層、半導体導波層、ＧａＩｎＰ半導体第２クラ
ッド層が順次積層された層構造を有し、該ＧａＩｎＰ半
導体第２クラッド層上に、ＧａＩｎＰ半導体第３クラッ
ド層でリッジが形成されて直線形状の３次元光導波路が
形成されており、前記リッジの側面が（１１１）面であ
ることを特徴とする半導体光導波路の構造を採用し、そ
の製造方法として、ＧａＡｓ半導体基板上に、少なくと
もＡｌＧａＡｓ又はＧａＩｎＰ半導体第１クラッド層、
半導体導波層、ＧａＩｎＰ半導体第２クラッド層を順次
に積層する工程と、該ＧａＩｎＰ半導体第２クラッド層
上に選択結晶成長用誘電体マスクパターンを形成する工
程と、該マスクパターンの開口部だけにＧａＩｎＰ半導
体第３クラッド層を選択的に成長することによりリッジ
部を形成して３次元光導波路を形成する工程とを少なく
とも含むことを特徴とする半導体光導波路の製造方法を
採用した。
【０００５】
【作用】本発明においては、半導体光導波路を製作する
際に半導体のエッチング工程を用いずに、選択成長の際
のマスクとなる薄い誘電体膜（例えばＳｉＯ2 膜）をエ
ッチングによりパターニングし、リッジ部はＧａＩｎＰ
の選択的な結晶成長により形成する。この工程は、半導
体層と薄い誘電体膜との選択比が取れる様なウェットエ
ッチングを用いることによって、エッチング深さの再現
性を気にすることなく行なうことが可能であり、薄い誘
電体膜を微細でかつ均一にパターニングすることは半導
体をμｍオーダの深さに均一かつ再現性良くエッチング
する場合に比べるとはるかに容易である。また、導波路
そのものの均一性は結晶成長工程のみに依存し、その後
のプロセス工程には依存しない。しかも、ＧａＩｎＰを
選択的に結晶成長させているので、酸化されやすいＡｌ
を含むＡｌＧａＡｓを選択的に結晶成長する場合に比べ
容易に作製することができる。したがって本製造法によ
れば、微細な半導体光導波路を再現性良く、均一に広い
面積にわたって製造することができる。また、本製造方
法においては、半導体のドライエッチングを用いないの
で、エッチングにより誘起されるダメージは全く生じ
ず、それによる伝搬光の損失も生じない。しかも、本製
造方法によって製造された半導体光導波路の構造は、リ
ッジ側面が平滑な（１１１）面であるので、リッジ側面
での散乱損失を無くすることができる。言うまでもなく
リッジ側面以外の部分もすべて平滑な結晶面であるので
散乱損失は生じない。さらに、本半導体光導波路はＧａ
Ａｓ系材料で構成されており、ＩｎＰ系等の材料と比べ
長波長帯の光に対する吸収損失は生じない。したがっ
て、本発明によれば超低損失で微細な半導体光導波路を
再現性良く、広い面積にわたって均一に製造することが
できる。
際に半導体のエッチング工程を用いずに、選択成長の際
のマスクとなる薄い誘電体膜（例えばＳｉＯ2 膜）をエ
ッチングによりパターニングし、リッジ部はＧａＩｎＰ
の選択的な結晶成長により形成する。この工程は、半導
体層と薄い誘電体膜との選択比が取れる様なウェットエ
ッチングを用いることによって、エッチング深さの再現
性を気にすることなく行なうことが可能であり、薄い誘
電体膜を微細でかつ均一にパターニングすることは半導
体をμｍオーダの深さに均一かつ再現性良くエッチング
する場合に比べるとはるかに容易である。また、導波路
そのものの均一性は結晶成長工程のみに依存し、その後
のプロセス工程には依存しない。しかも、ＧａＩｎＰを
選択的に結晶成長させているので、酸化されやすいＡｌ
を含むＡｌＧａＡｓを選択的に結晶成長する場合に比べ
容易に作製することができる。したがって本製造法によ
れば、微細な半導体光導波路を再現性良く、均一に広い
面積にわたって製造することができる。また、本製造方
法においては、半導体のドライエッチングを用いないの
で、エッチングにより誘起されるダメージは全く生じ
ず、それによる伝搬光の損失も生じない。しかも、本製
造方法によって製造された半導体光導波路の構造は、リ
ッジ側面が平滑な（１１１）面であるので、リッジ側面
での散乱損失を無くすることができる。言うまでもなく
リッジ側面以外の部分もすべて平滑な結晶面であるので
散乱損失は生じない。さらに、本半導体光導波路はＧａ
Ａｓ系材料で構成されており、ＩｎＰ系等の材料と比べ
長波長帯の光に対する吸収損失は生じない。したがっ
て、本発明によれば超低損失で微細な半導体光導波路を
再現性良く、広い面積にわたって均一に製造することが
できる。
【０００６】
【実施例】以下図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。図１は本発明により光導波路の一例としてＧａＡｓ
／ＧａＩｎＰ半導体光導波路の第１の実施例を示す断面
図である。（１００）ＧａＡｓ半導体基板１０１上に、
ＧａＩｎＰ第１クラッド層１０２、ＧａＡｓ導波層１０
３、ＧａＩｎＰ第２クラッド層１０４が順次積層され、
その上にＧａＩｎＰ第３クラッド層が選択成長されリブ
が形成された光導波路構造となっている。
る。図１は本発明により光導波路の一例としてＧａＡｓ
／ＧａＩｎＰ半導体光導波路の第１の実施例を示す断面
図である。（１００）ＧａＡｓ半導体基板１０１上に、
ＧａＩｎＰ第１クラッド層１０２、ＧａＡｓ導波層１０
３、ＧａＩｎＰ第２クラッド層１０４が順次積層され、
その上にＧａＩｎＰ第３クラッド層が選択成長されリブ
が形成された光導波路構造となっている。
【０００７】まず図１に示したＧａＡｓ／ＧａＩｎＰ半
導体光導波路の製造方法について、図３〜図７を用いて
説明する。まず（１００）面方位のＧａＡｓ基板１０１
上に、有機金属気相成長法（以下ＭＯＶＰＥ法と略す
る）等を用いて、ＧａＩｎＰ第１クラッド層１０２を約
１μｍ、ＧａＡｓ導波層１０３を０．３μｍ、ＧａＩｎ
Ｐクラッド第２層１０４を０．２μｍ順次積層する（図
３）。次に、ＧａＩｎＰ第２クラッド層１０４の上にＳ
ｉＯ2 膜２０１を形成し（図４）、通常のフォトリソグ
ラフィ技術を用いてＳｉＯ2 膜２０１をパターニングす
る（図５）。このＳｉＯ2 膜は後にリッジ部を選択的に
成長する際のマスクとなるので、後にリッジを形成すべ
き部分がストライプ状の空隙部２０１となるようにパタ
ーニングを行う（図５）。また、空隙部のストライプ方
向は［０１１］方向とし、ストライプ幅は４μｍであ
る。次に、再度ＭＯＶＰＥ法を用いて、上述のストライ
プ状の空隙部２０２上のみに選択的にＧａＩｎＰ第３ク
ラッド層１０５を１μｍ成長する（図６）。このとき、
形成されたリッジの側面は（１１１）Ｂ面となり、平滑
なリッジ側面が得られる。この後、バッファードふっ酸
等でＳｉＯ2 膜を除去する（図７）。
導体光導波路の製造方法について、図３〜図７を用いて
説明する。まず（１００）面方位のＧａＡｓ基板１０１
上に、有機金属気相成長法（以下ＭＯＶＰＥ法と略す
る）等を用いて、ＧａＩｎＰ第１クラッド層１０２を約
１μｍ、ＧａＡｓ導波層１０３を０．３μｍ、ＧａＩｎ
Ｐクラッド第２層１０４を０．２μｍ順次積層する（図
３）。次に、ＧａＩｎＰ第２クラッド層１０４の上にＳ
ｉＯ2 膜２０１を形成し（図４）、通常のフォトリソグ
ラフィ技術を用いてＳｉＯ2 膜２０１をパターニングす
る（図５）。このＳｉＯ2 膜は後にリッジ部を選択的に
成長する際のマスクとなるので、後にリッジを形成すべ
き部分がストライプ状の空隙部２０１となるようにパタ
ーニングを行う（図５）。また、空隙部のストライプ方
向は［０１１］方向とし、ストライプ幅は４μｍであ
る。次に、再度ＭＯＶＰＥ法を用いて、上述のストライ
プ状の空隙部２０２上のみに選択的にＧａＩｎＰ第３ク
ラッド層１０５を１μｍ成長する（図６）。このとき、
形成されたリッジの側面は（１１１）Ｂ面となり、平滑
なリッジ側面が得られる。この後、バッファードふっ酸
等でＳｉＯ2 膜を除去する（図７）。
【０００８】以上が、本発明による半導体光導波路の実
施例であり、上述の半導体光導波路の導波損失が超低損
失であり、かつ、作製された光導波路が広い面積にわた
って均一で再現性良く作製される製造方法である原理を
以下に述べる。
施例であり、上述の半導体光導波路の導波損失が超低損
失であり、かつ、作製された光導波路が広い面積にわた
って均一で再現性良く作製される製造方法である原理を
以下に述べる。
【０００９】本発明による光導波路は、リッジをＧａＩ
ｎＰの選択成長により形成しており、リッジ側面はもち
ろんのこと、全ての面が平滑な結晶面である。このた
め、従来の半導体のエッチングにより形成した光導波路
においては必ず生じる散乱損失は、本実施例においては
本質的に生じない。また、半導体自体をエッチングする
工程がないので、ドライエッチング工程にともなうプラ
ズマダメージや、ウェットエッチング工程にともなうエ
ッチング面の荒れなども本質的に避けることができる。
さらに、本光導波路はＧａＡｓ系材料から構成されてお
り、ＩｎＰ系材料と比べ長波長帯の光に対して吸収損失
は生じない。したがって、従来に比べて大幅に低損失な
光導波路を本発明により実現できる。また、本発明によ
る光導波路の光の閉じ込めは、選択成長前の結晶成長工
程および選択成長用のＳｉＯ2 マスクのパターニング工
程のみに依存し、ＳｉＯ2 を広い面積にわたって均一に
パターニングする事は、半導体を数μｍエッチングする
工程に比べてはるかに簡単である上に、ＧａＩｎＰを選
択成長しているので、酸化されやすいＡｌを含むＡｌＧ
ａＡｓを選択成長することに比べ容易に選択成長するこ
とが可能であり、微細な光導波路を広い面積にわたって
均一で再現性良く作製することができる。
ｎＰの選択成長により形成しており、リッジ側面はもち
ろんのこと、全ての面が平滑な結晶面である。このた
め、従来の半導体のエッチングにより形成した光導波路
においては必ず生じる散乱損失は、本実施例においては
本質的に生じない。また、半導体自体をエッチングする
工程がないので、ドライエッチング工程にともなうプラ
ズマダメージや、ウェットエッチング工程にともなうエ
ッチング面の荒れなども本質的に避けることができる。
さらに、本光導波路はＧａＡｓ系材料から構成されてお
り、ＩｎＰ系材料と比べ長波長帯の光に対して吸収損失
は生じない。したがって、従来に比べて大幅に低損失な
光導波路を本発明により実現できる。また、本発明によ
る光導波路の光の閉じ込めは、選択成長前の結晶成長工
程および選択成長用のＳｉＯ2 マスクのパターニング工
程のみに依存し、ＳｉＯ2 を広い面積にわたって均一に
パターニングする事は、半導体を数μｍエッチングする
工程に比べてはるかに簡単である上に、ＧａＩｎＰを選
択成長しているので、酸化されやすいＡｌを含むＡｌＧ
ａＡｓを選択成長することに比べ容易に選択成長するこ
とが可能であり、微細な光導波路を広い面積にわたって
均一で再現性良く作製することができる。
【００１０】図２は本発明による光導波路の一例として
ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ／ＧａＩｎＰ半導体光導波路の
第２の実施例を示す断面図である。（１００）ＧａＡｓ
半導体基板１０１上に、ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層１
１２、ＧａＡｓ導波層１０３、ＧａＩｎＰ第２クラッド
層１０４が順次積層され、その上にＧａＩｎＰ第３クラ
ッド層が選択成長されリブが形成された光導波路構造と
なっている。
ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ／ＧａＩｎＰ半導体光導波路の
第２の実施例を示す断面図である。（１００）ＧａＡｓ
半導体基板１０１上に、ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層１
１２、ＧａＡｓ導波層１０３、ＧａＩｎＰ第２クラッド
層１０４が順次積層され、その上にＧａＩｎＰ第３クラ
ッド層が選択成長されリブが形成された光導波路構造と
なっている。
【００１１】まず図１に示したＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ
／ＧａＩｎＰ半導体光導波路の製造方法について、図８
〜図１２を用いて説明する。まず、（１００）面方位の
ＧａＡｓ基板１０１上に、有機金属気相成長法（以下Ｍ
ＯＶＰＥ法と略する）等を用いて、ＡｌＧａＡｓ第１ク
ラッド層１１２を約１μｍ、ＧａＡｓ導波層１０３を
０．３μｍ、ＧａＩｎＰ第２クラッド層１０４を０．２
μｍ順次積層する（図８）。次に、ＧａＩｎＰ第２クラ
ッド層１０４の上にＳｉＯ2 膜２０１を形成し（図
９）、通常のフォトリソグラフィ技術を用いてＳｉＯ2
膜２０１をパターニングする（図１０）。このＳｉＯ2
膜は後にリッジ部を選択的に成長する際のマスクとなる
ので、後にリッジを形成すべき部分がストライプ状の空
隙部２０１となるようにパターニングを行う（図１
０）。また、空隙部のストライプ方向は［０１１］方向
とし、ストライプ幅は４μｍである。次に、再度ＭＯＶ
ＰＥ法を用いて、上述のストライプ状の空隙部２０２上
のみに選択的にＧａＩｎＰ第３クラッド層１０５を１μ
ｍ成長する（図１１）。このとき、形成されたリッジの
側面は（１１１）Ｂ面となり、平滑なリッジ側面が得ら
れる。この後バッファードふっ酸等でＳｉＯ2 膜を除去
する（図１２）。
／ＧａＩｎＰ半導体光導波路の製造方法について、図８
〜図１２を用いて説明する。まず、（１００）面方位の
ＧａＡｓ基板１０１上に、有機金属気相成長法（以下Ｍ
ＯＶＰＥ法と略する）等を用いて、ＡｌＧａＡｓ第１ク
ラッド層１１２を約１μｍ、ＧａＡｓ導波層１０３を
０．３μｍ、ＧａＩｎＰ第２クラッド層１０４を０．２
μｍ順次積層する（図８）。次に、ＧａＩｎＰ第２クラ
ッド層１０４の上にＳｉＯ2 膜２０１を形成し（図
９）、通常のフォトリソグラフィ技術を用いてＳｉＯ2
膜２０１をパターニングする（図１０）。このＳｉＯ2
膜は後にリッジ部を選択的に成長する際のマスクとなる
ので、後にリッジを形成すべき部分がストライプ状の空
隙部２０１となるようにパターニングを行う（図１
０）。また、空隙部のストライプ方向は［０１１］方向
とし、ストライプ幅は４μｍである。次に、再度ＭＯＶ
ＰＥ法を用いて、上述のストライプ状の空隙部２０２上
のみに選択的にＧａＩｎＰ第３クラッド層１０５を１μ
ｍ成長する（図１１）。このとき、形成されたリッジの
側面は（１１１）Ｂ面となり、平滑なリッジ側面が得ら
れる。この後バッファードふっ酸等でＳｉＯ2 膜を除去
する（図１２）。
【００１２】以上が、本発明による半導体光導波路の実
施例であり、上述の半導体光導波路の導波損失が超低損
失であり、かつ、作製された光導波路が広い面積にわた
って均一で再現性良く作製される製造方法である原理を
以下に述べる。
施例であり、上述の半導体光導波路の導波損失が超低損
失であり、かつ、作製された光導波路が広い面積にわた
って均一で再現性良く作製される製造方法である原理を
以下に述べる。
【００１３】本発明による光導波路は、第１の実施例と
同様に、リッジをＧａＩｎＰの選択成長により形成して
おり、リッジ側面はもちろんのこと、全ての面が平滑な
結晶面である。このため、従来の半導体エッチングによ
り形成した光導波路においては必ず生じる散乱損失は、
本実施例においては本質的に生じない。また、半導体自
体をエッチングする工程がないので、ドライエッチング
工程にともなうプラズマダメージや、ウェットエッチン
グ工程にともなうエッチング面の荒れなども本質的に避
けることができる。さらに、本光導波路はＧａＡｓ系材
料から構成されており、ＩｎＰ系材料と比べ長波長帯の
光に対して吸収損失は生じない。したがって、従来に比
べて大幅に低損失な光導波路を本発明により実現でき
る。また、本発明による光導波路の光の閉じ込めは、選
択成長前の結晶成長工程および選択成長用のＳｉＯ2 マ
スクのパターニング工程のみに依存し、ＳｉＯ2 を広い
面積にわたって均一にパターニングする事は、半導体を
数μｍエッチングする工程に比べてはるかに簡単である
上に、ＧａＩｎＰを選択成長しているので、酸化されや
すいＡｌを含むＡｌＧａＡｓを選択成長することに比べ
容易に選択成長することが可能であり、微細な光導波路
を広い面積にわたって均一で再現性良く作製することが
できる。
同様に、リッジをＧａＩｎＰの選択成長により形成して
おり、リッジ側面はもちろんのこと、全ての面が平滑な
結晶面である。このため、従来の半導体エッチングによ
り形成した光導波路においては必ず生じる散乱損失は、
本実施例においては本質的に生じない。また、半導体自
体をエッチングする工程がないので、ドライエッチング
工程にともなうプラズマダメージや、ウェットエッチン
グ工程にともなうエッチング面の荒れなども本質的に避
けることができる。さらに、本光導波路はＧａＡｓ系材
料から構成されており、ＩｎＰ系材料と比べ長波長帯の
光に対して吸収損失は生じない。したがって、従来に比
べて大幅に低損失な光導波路を本発明により実現でき
る。また、本発明による光導波路の光の閉じ込めは、選
択成長前の結晶成長工程および選択成長用のＳｉＯ2 マ
スクのパターニング工程のみに依存し、ＳｉＯ2 を広い
面積にわたって均一にパターニングする事は、半導体を
数μｍエッチングする工程に比べてはるかに簡単である
上に、ＧａＩｎＰを選択成長しているので、酸化されや
すいＡｌを含むＡｌＧａＡｓを選択成長することに比べ
容易に選択成長することが可能であり、微細な光導波路
を広い面積にわたって均一で再現性良く作製することが
できる。
【００１４】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明において
は、全ての面が平滑な結晶面で構成された半導体光導波
路であり、かつ、ＧａＡｓ系材料から構成されており長
波長帯での吸収損失が生じないので、超低損失な半導体
光導波路である。また、製造方法として、光導波路を製
作する際に半導体のエッチングは用いずに、選択成長の
際のマスクとなる薄い誘電体膜（例えばＳｉＯ2 膜）を
エッチングによりパターニングし、リッジ部はＧａＩｎ
Ｐの選択成長により形成する。薄い誘電体膜を広い面積
にわたって、再現性良く、微細にパターニングすること
は半導体をμｍオーダの深さにエッチングする場合に比
べるとはるかに容易である上に、ＧａＩｎＰを選択成長
しているので、酸化されやすいＡｌを含むＡｌＧａＡｓ
を選択成長する場合に比べ容易に作製することが可能で
あり、本製造法によれば、微細で超低損失な半導体光導
波路を、広い面積にわたって均一に再現性良く製造する
ことができる。
は、全ての面が平滑な結晶面で構成された半導体光導波
路であり、かつ、ＧａＡｓ系材料から構成されており長
波長帯での吸収損失が生じないので、超低損失な半導体
光導波路である。また、製造方法として、光導波路を製
作する際に半導体のエッチングは用いずに、選択成長の
際のマスクとなる薄い誘電体膜（例えばＳｉＯ2 膜）を
エッチングによりパターニングし、リッジ部はＧａＩｎ
Ｐの選択成長により形成する。薄い誘電体膜を広い面積
にわたって、再現性良く、微細にパターニングすること
は半導体をμｍオーダの深さにエッチングする場合に比
べるとはるかに容易である上に、ＧａＩｎＰを選択成長
しているので、酸化されやすいＡｌを含むＡｌＧａＡｓ
を選択成長する場合に比べ容易に作製することが可能で
あり、本製造法によれば、微細で超低損失な半導体光導
波路を、広い面積にわたって均一に再現性良く製造する
ことができる。
【００１５】なお、本発明は上記の実施例に限定される
ものではない。本発明では、結晶成長法としてＭＯＶＰ
Ｅ法を用いたが、選択成長が可能であれば他の成長方法
でもよく、例えば、ＭＯＭＢＥ法でもよい。また本発明
が実施例で示した素子形状、すなわち各層の厚さや各層
の組成及び導波路寸法等、に限定されるものではないこ
とは言うまでもない。また、選択成長の為のマスクであ
るＳｉＯ2 膜２０１を本実施例では除去しているが、そ
のまま残しても何等差し仕えはない。
ものではない。本発明では、結晶成長法としてＭＯＶＰ
Ｅ法を用いたが、選択成長が可能であれば他の成長方法
でもよく、例えば、ＭＯＭＢＥ法でもよい。また本発明
が実施例で示した素子形状、すなわち各層の厚さや各層
の組成及び導波路寸法等、に限定されるものではないこ
とは言うまでもない。また、選択成長の為のマスクであ
るＳｉＯ2 膜２０１を本実施例では除去しているが、そ
のまま残しても何等差し仕えはない。
【図１】本発明の第１の実施例であるＧａＡｓ／ＧａＩ
ｎＰ光導波路の構造を示す断面図ある。
ｎＰ光導波路の構造を示す断面図ある。
【図２】本発明の第２の実施例であるＧａＡｓ／ＡｌＧ
ａＡｓ／ＧａＩｎＰ光導波路の構造を示す断面図ある。
ａＡｓ／ＧａＩｎＰ光導波路の構造を示す断面図ある。
【図３】本発明による光導波路の第１の製造方法の工程
において生成される構造を示す断面図である。
において生成される構造を示す断面図である。
【図４】本発明による光導波路の第１の製造方法の工程
において生成される構造を示す断面図である。
において生成される構造を示す断面図である。
【図５】本発明による光導波路の第１の製造方法の工程
において生成される構造を示す断面図である。
において生成される構造を示す断面図である。
【図６】本発明による光導波路の第１の製造方法の工程
において生成される構造を示す断面図である。
において生成される構造を示す断面図である。
【図７】本発明による光導波路の第１の製造方法の工程
において生成される構造を示す断面図である。
において生成される構造を示す断面図である。
【図８】本発明による光導波路の第２の製造方法の工程
において生成される構造を示す断面図である。
において生成される構造を示す断面図である。
【図９】本発明による光導波路の第２の製造方法の工程
において生成される構造を示す断面図である。
において生成される構造を示す断面図である。
【図１０】本発明による光導波路の第２の製造方法の工
程において生成される構造を示す断面図である。
程において生成される構造を示す断面図である。
【図１１】本発明による光導波路の第２の製造方法の工
程において生成される構造を示す断面図である。
程において生成される構造を示す断面図である。
【図１２】本発明による光導波路の第２の製造方法の工
程において生成される構造を示す断面図である。
程において生成される構造を示す断面図である。
１０１ （１００）面ＧａＡｓ基板 １０２ ＧａＩｎＰ第１クラッド層 １０３ ＧａＡｓ導波層 １０４ ＧａＩｎＰ第２クラッド層 １０５ ＧａＩｎＰ第３クラッド層 １０７ ＳｉＯ2 膜 １１２ ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層 ２０２ 空隙部
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年３月３日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、ＧａＡ
ｓ系半導体光導波路は、大規模集積化や単体光デバイス
の量産化へと適用できるような、微細でしかも低損失な
光導波路を製作する技術が確立していない。本発明が解
決しようとする課題は、半導体のエッチングを行わずに
微細で低損失なＧａＡｓ系半導体光導波路を製造する方
法を提供し、この製造方法により製作されるＧａＡｓ系
半導体光導波路の構造を提供することにある。
ｓ系半導体光導波路は、大規模集積化や単体光デバイス
の量産化へと適用できるような、微細でしかも低損失な
光導波路を製作する技術が確立していない。本発明が解
決しようとする課題は、半導体のエッチングを行わずに
微細で低損失なＧａＡｓ系半導体光導波路を製造する方
法を提供し、この製造方法により製作されるＧａＡｓ系
半導体光導波路の構造を提供することにある。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００７】まず図１に示したＧａＡｓ／ＧａＩｎＰ半
導体光導波路の製造方法について、図３〜図７を用いて
説明する。まず（１００）面方位のＧａＡｓ基板１０１
上に、有機金属気相成長法（以下ＭＯＶＰＥ法と略す
る）等を用いて、ＧａＩｎＰ第１クラッド層１０２を約
１μｍ、ＧａＡｓ導波層１０３を０．３μｍ、ＧａＩｎ
Ｐクラッド第２層１０４を０．２μｍ順次積層する（図
３）。次に、ＧａＩｎＰ第２クラッド層１０４の上にＳ
ｉＯ2 膜２０１を形成し（図４）、通常のフォトリソグ
ラフィ技術を用いてＳｉＯ2 膜２０１をパターニングす
る（図５）。このＳｉＯ2 膜は後にリッジ部を選択的に
成長する際のマスクとなるので、後にリッジを形成すべ
き部分がストライプ状の空隙部２０２となるようにパタ
ーニングを行う（図５）。また、空隙部のストライプ方
向は［０１１］方向とし、ストライプ幅は４μｍであ
る。次に、再度ＭＯＶＰＥ法を用いて、上述のストライ
プ状の空隙部２０２上のみに選択的にＧａＩｎＰ第３ク
ラッド層１０５を１μｍ成長する（図６）。このとき、
形成されたリッジの側面は（１１１）Ｂ面となり、平滑
なリッジ側面が得られる。この後、バッファードふっ酸
等でＳｉＯ2 膜を除去する（図７）。
導体光導波路の製造方法について、図３〜図７を用いて
説明する。まず（１００）面方位のＧａＡｓ基板１０１
上に、有機金属気相成長法（以下ＭＯＶＰＥ法と略す
る）等を用いて、ＧａＩｎＰ第１クラッド層１０２を約
１μｍ、ＧａＡｓ導波層１０３を０．３μｍ、ＧａＩｎ
Ｐクラッド第２層１０４を０．２μｍ順次積層する（図
３）。次に、ＧａＩｎＰ第２クラッド層１０４の上にＳ
ｉＯ2 膜２０１を形成し（図４）、通常のフォトリソグ
ラフィ技術を用いてＳｉＯ2 膜２０１をパターニングす
る（図５）。このＳｉＯ2 膜は後にリッジ部を選択的に
成長する際のマスクとなるので、後にリッジを形成すべ
き部分がストライプ状の空隙部２０２となるようにパタ
ーニングを行う（図５）。また、空隙部のストライプ方
向は［０１１］方向とし、ストライプ幅は４μｍであ
る。次に、再度ＭＯＶＰＥ法を用いて、上述のストライ
プ状の空隙部２０２上のみに選択的にＧａＩｎＰ第３ク
ラッド層１０５を１μｍ成長する（図６）。このとき、
形成されたリッジの側面は（１１１）Ｂ面となり、平滑
なリッジ側面が得られる。この後、バッファードふっ酸
等でＳｉＯ2 膜を除去する（図７）。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１１】まず図１に示したＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ
／ＧａＩｎＰ半導体光導波路の製造方法について、図８
〜図１２を用いて説明する。まず、（１００）面方位の
ＧａＡｓ基板１０１上に、有機金属気相成長法（以下Ｍ
ＯＶＰＥ法と略する）等を用いて、ＡｌＧａＡｓ第１ク
ラッド層１１２を約１μｍ、ＧａＡｓ導波層１０３を
０．３μｍ、ＧａＩｎＰ第２クラッド層１０４を０．２
μｍ順次積層する（図８）。次に、ＧａＩｎＰ第２クラ
ッド層１０４の上にＳｉＯ2 膜２０１を形成し（図
９）、通常のフォトリソグラフィ技術を用いてＳｉＯ2
膜２０１をパターニングする（図１０）。このＳｉＯ2
膜は後にリッジ部を選択的に成長する際のマスクとなる
ので、後にリッジを形成すべき部分がストライプ状の空
隙部２０２となるようにパターニングを行う（図１
０）。また、空隙部のストライプ方向は［０１１］方向
とし、ストライプ幅は４μｍである。次に、再度ＭＯＶ
ＰＥ法を用いて、上述のストライプ状の空隙部２０２上
のみに選択的にＧａＩｎＰ第３クラッド層１０５を１μ
ｍ成長する（図１１）。このとき、形成されたリッジの
側面は（１１１）Ｂ面となり、平滑なリッジ側面が得ら
れる。この後バッファードふっ酸等でＳｉＯ2 膜を除去
する（図１２）。
／ＧａＩｎＰ半導体光導波路の製造方法について、図８
〜図１２を用いて説明する。まず、（１００）面方位の
ＧａＡｓ基板１０１上に、有機金属気相成長法（以下Ｍ
ＯＶＰＥ法と略する）等を用いて、ＡｌＧａＡｓ第１ク
ラッド層１１２を約１μｍ、ＧａＡｓ導波層１０３を
０．３μｍ、ＧａＩｎＰ第２クラッド層１０４を０．２
μｍ順次積層する（図８）。次に、ＧａＩｎＰ第２クラ
ッド層１０４の上にＳｉＯ2 膜２０１を形成し（図
９）、通常のフォトリソグラフィ技術を用いてＳｉＯ2
膜２０１をパターニングする（図１０）。このＳｉＯ2
膜は後にリッジ部を選択的に成長する際のマスクとなる
ので、後にリッジを形成すべき部分がストライプ状の空
隙部２０２となるようにパターニングを行う（図１
０）。また、空隙部のストライプ方向は［０１１］方向
とし、ストライプ幅は４μｍである。次に、再度ＭＯＶ
ＰＥ法を用いて、上述のストライプ状の空隙部２０２上
のみに選択的にＧａＩｎＰ第３クラッド層１０５を１μ
ｍ成長する（図１１）。このとき、形成されたリッジの
側面は（１１１）Ｂ面となり、平滑なリッジ側面が得ら
れる。この後バッファードふっ酸等でＳｉＯ2 膜を除去
する（図１２）。
Claims (2)
- 【請求項１】 ＧａＡｓ半導体基板上に、少なくともＡ
ｌＧａＡｓ又はＧａＩｎＰ半導体第１クラッド層、半導
体導波層、ＧａＩｎＰ半導体第２クラッド層が順次積層
された層構造を有し、該ＧａＩｎＰ半導体第２クラッド
層上に、ＧａＩｎＰ半導体第３クラッド層でリッジが形
成されて直線形状の３次元光導波路が形成されており、
前記リッジの側面が（１１１）面であることを特徴とす
る半導体光導波路。 - 【請求項２】 ＧａＡｓ半導体基板上に、少なくともＡ
ｌＧａＡｓ又はＧａＩｎＰ半導体第１クラッド層、半導
体導波層、ＧａＩｎＰ半導体第２クラッド層を順次に積
層する工程と、該ＧａＩｎＰ半導体第２クラッド層上に
選択結晶成長用誘電体マスクパターンを形成する工程
と、該マスクパターンの開口部だけにＧａＩｎＰ半導体
第３クラッド層を選択的に成長することによりリッジ部
を形成して３次元光導波路を形成する工程とを少なくと
も含むことを特徴とする半導体光導波路の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34961691A JPH05157919A (ja) | 1991-12-06 | 1991-12-06 | 半導体光導波路およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34961691A JPH05157919A (ja) | 1991-12-06 | 1991-12-06 | 半導体光導波路およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05157919A true JPH05157919A (ja) | 1993-06-25 |
Family
ID=18404939
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34961691A Pending JPH05157919A (ja) | 1991-12-06 | 1991-12-06 | 半導体光導波路およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05157919A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6614821B1 (en) * | 1999-08-04 | 2003-09-02 | Ricoh Company, Ltd. | Laser diode and semiconductor light-emitting device producing visible-wavelength radiation |
| JP2017522609A (ja) * | 2014-07-31 | 2017-08-10 | 華為技術有限公司Ｈｕａｗｅｉ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． | シリコン−ゲルマニウム電気吸収型変調器 |
-
1991
- 1991-12-06 JP JP34961691A patent/JPH05157919A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6614821B1 (en) * | 1999-08-04 | 2003-09-02 | Ricoh Company, Ltd. | Laser diode and semiconductor light-emitting device producing visible-wavelength radiation |
| US6983004B2 (en) | 1999-08-04 | 2006-01-03 | Ricoh Company, Ltd. | Laser diode and semiconductor light-emitting device producing visible-wavelength radiation |
| US7139297B2 (en) | 1999-08-04 | 2006-11-21 | Ricoh Company, Ltd. | Laser diode and semiconductor light-emitting device producing visible-wavelength radiation |
| US8009714B2 (en) | 1999-08-04 | 2011-08-30 | Ricoh Company, Ltd. | Laser diode and semiconductor light-emitting device producing visible-wavelength radiation |
| US8537870B2 (en) | 1999-08-04 | 2013-09-17 | Ricoh Company, Limited | Laser diode and semiconductor light-emitting device producing visible-wavelength radiation |
| JP2017522609A (ja) * | 2014-07-31 | 2017-08-10 | 華為技術有限公司Ｈｕａｗｅｉ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． | シリコン−ゲルマニウム電気吸収型変調器 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20000425 |