JPH06109934A - 半導体光導波路 - Google Patents

半導体光導波路

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JPH06109934A
JPH06109934A JP64591A JP64591A JPH06109934A JP H06109934 A JPH06109934 A JP H06109934A JP 64591 A JP64591 A JP 64591A JP 64591 A JP64591 A JP 64591A JP H06109934 A JPH06109934 A JP H06109934A
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JP
Japan
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layer
optical waveguide
semiconductor optical
inp
etching
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JP64591A
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English (en)
Inventor
貴一 ▲浜▼本
Kiichi Hamamoto
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体光導波路のリブ高さを容易に精度よく
実現する。 【構成】 GaAs基板1上に、AlGaAs第1クラ
ッド層2、GaAsガイド層3、AlGaAs第2クラ
ッド層4、GaInPエッチングストッパー層5、Al
GaAs第3クラッド層6を順次積層する。第3クラッ
ド層6及びエッチングストッパー層5の一部をエッチン
グしてリブ型光導波路が形成された構成となっている。
クラッド層4と6の間に、エッチングストッパー層5を
挿入している構造のため、リブ高さが精度よく形成で
き、特性の良い光導波路が均一良く得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【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。
【0002】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】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。このような半導体光
導波路構造としては、リブ型導波路が竹内らによってエ
レクトロニクス・レターズ第22巻1243頁(ELE
CTRONICS LETTERS Vol.22
p.1243)に報告されており、ここでは、反応性イ
オンビームエッチング法(RIBE法)によってある程
度の精度でリブ高さを制御している。
【0003】ところで、リブ型導波路のリブ高さは、光
導波路の光の閉じ込めの強さを左右するために精度よく
実現される事が重要である。例えば、リブ型光導波路を
用いた方向性結合器型半導体光スイッチの場合、リブ高
さを±1%以内に制御しなければ、設計通りの動作は得
られない。ところが、従来の構造の半導体光導波路にお
いては、リブ高さは高々±5%の精度でしか実現でき
ず、設計通りの動作を得ることは容易ではなかった。ま
た、方向性結合器型光スイッチを多数個集積するデバイ
スの場合、リブ高さの面内分布に対応して各光スイッチ
の動作電圧やクロストークが変動してしまうという問題
もあった。本発明の目的はリブ高さを精度よく実現し、
優れた特性の光導波路を歩留り良く、均一性良く提供す
ることにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、本発明による半導体光導波路は、半導体基板上
に、AlGaAs第1クラッド層、GaAsガイド層、
AlGaAs第2クラッド層、GaInAsPまたはG
aInPエッチングストッパー層、AlGaAs第3ク
ラッド層が順次積層されており、前記AlGaAs第3
クラッド層及びGaInAsPまたはGaInPエッチ
ングストッパー層の一部がエッチングにより除去されて
リブ型導波路が形成されていることを特徴とする。
【0005】もしくは、半導体基板上に、InP第1ク
ラッド層、GaInAsPガイド層、InP第2クラッ
ド層、InAlGaAsまたはInAlAs第3クラッ
ド層が順次積層されており、前記InAlGaAsまた
はInAlAs第3クラッド層及びInP第2クラッド
層の一部がエッチングにより除去されてリブ型導波路が
形成されていることを特徴とする。
【0006】
【作用】一般に、半導体光導波路のリブ高さは、導波路
への光の閉じ込めの強さを左右し、例えば、方向性結合
器型半導体光スイッチの場合、リブ高さをある程度精度
よく実現しなければ、設計通りの動作は得られない。従
来の半導体光導波路の構造を製作する場合は、リブ高さ
の制御はドライエッチングのエッチングレートに依存す
る。ところが、エッチングレートは装置の状態、あるい
は、ウェハの表面状態に依存し変動するため、リブ高さ
を精度よく実現することは容易ではない。
【0007】これに対して本発明の構造においては、実
現したいリブ高さ位置においてGaAs/AlGaAs
系ではGaInAsP(またはGaInP)ストッパー
層が挿入され、あるいは、InP/GaInAsP系で
は実現したいリブ高さ位置までInP第2クラッド層が
積層された、リブ型光導波路構造になっているので、設
計通りのリブ高さが得られる。
【0008】
【実施例】以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。
【0009】図1は、本発明による半導体光導波路の第
1の実施例を示す断面図である。GaAs基板1上に、
Al0.4 Ga0.6 As第1クラッド層2、GaAsガイ
ド層3、Al0.4 Ga0.6 As第2クラッド層4、Al
0.4 Ga0.6 Asに格子整合するGa0.46In0.54Pエ
ッチングストッパー層5、Al0.4 Ga0.6 As第3ク
ラッド層6が順次積層され、前記Al0.4 Ga0.6 As
第3クラッド層6及びGa0.48In0.52Pエッチングス
トッパー層5の一部がエッチングにより除去されて形成
されたリブ型光導波路構造となっている。
【0010】まず、図1に示した半導体光導波路の製造
方法について簡単に述べる。厚さ1〜2μmのAl0.4
Ga0.6 As第1クラッド層2、厚さ0.3μm程度の
GaAsガイド層3、厚さ0.2μm程度のAl0.4
0.6 As第2クラッド層4、厚さ50A(オングスト
ローム)程度のGa0.46In0.54Pエッチングストッパ
ー層5、厚さ0.8μm程度のAl0.4 Ga0.6 As第
3クラッド層6ともすべて、ガスソース分子線エピタキ
シャル成長法(GS−MBE法)を用いて順次積層す
る。
【0011】次に通常のフォトリソグラフィ法(PR
法)を用いて導波路形状のエッチングマスクを形成し、
その後Cl2 によるRIBE法を用いて、Al0.4 Ga
0.6 As第3クラッド層6及びGa0.46In0.54Pエッ
チングストッパー層5の一部を除去し、図1に示すよう
なリブ形状に加工する。
【0012】以上が本発明の第1の実施例による半導体
光導波路の製造方法の一例であり、上述の半導体光導波
路の構造において、リブ高さが精度よく実現でき、か
つ、集積してもリブ高さの面内分布が殆ど生じない原理
を以下に説明する。
【0013】Ga0.46In0.54Pを、Cl2 ガスを用い
たRIBE法で加工する場合、表面にInの塩化物が生
成するために、GaAs/AlGaAsを加工する場合
に比べてエッチングレートは約1/20と遅くなる。従
って、エッチングを止めたい位置にGa0.46In0.54
を積層しておけばGa0.46In0.54Pの面がでてきたと
きに、エッチングレートが極端に遅くなる。本実施例に
おいては、±5%以内の精度でリブ高さを実現できるR
IBE法を用いている上に、エッチングを止めたい位置
に50A程度Ga0.46In0.54Pエッチングストップ層
5が積層されているので、リブ高さは±0.3%以内の
精度で実現でき、しかも、リブ高さの面内分布も±0.
3以内に抑えることができる。従って、リブ高さを設計
通りに実現することが容易となり、かつ、面内分布が殆
ど生じない半導体光導波路を実現することができる。さ
らに、Ga0.46In0.54Pエッチングストップ層5の厚
さは高々50A程度であり、光の閉じ込めに関しては何
等影響を与えない。
【0014】なお、本発明は上記の実施例に限定される
ものではない。上記の実施例では、GaInAsPエッ
チングストッパー層としてGa0.46In0.54P用いた
が、格子不整合に伴う結晶性の悪化が生じない限り他の
組成比であっても良い。また、エッチングガスとしてC
2 を用いて作製しているが塩素系のガスであればこれ
に限るものではなく、例えばBCl3 ガスであってもよ
い。また、エッチング方法としてRIBE法を用いた
が、塩素系のガスを用いるエッチング方法であればよ
く、例えば反応性イオンエッチング法(RIE法)であ
っても良い。結晶成長法としてGS−MBE法を用いた
が、他の方法でもよく、例えば有機金属気相成長法であ
ってもよい。
【0015】次に、図面を参照して、本発明の第2の実
施例を説明する。図2は本発明による半導体光導波路の
第2の実施例を示す断面図である。InP基板11上
に、InP第1クラッド層12、Ga0.25In0.75As
0.560.44ガイド層13、InP第2クラッド層14、
InPに格子整合するIn0.4 Al0.6 As第3クラッ
ド層15が順次積層され、前記In0.4 Al0.6 As第
3クラッド層15及びInP第2クラッド層14の一部
がエッチングにより除去されて形成されたリブ型光導波
路構造となっている。
【0016】図2に示した半導体光導波路の製造方法に
ついて簡単に述べる。厚さ1〜2μmのInP第1クラ
ッド層12、厚さ0.3μm程度のGa0.25In0.75
0.560.44ガイド層13、厚さ0.2μmのInP第
2クラッド層14、厚さ1μmのIn0.4 Al0.6 As
第3クラッド層15ともすべて、ガスソース分子線エピ
タキシャル成長法(GS−MBE法)用いて順次積層す
る。
【0017】以上のように結晶成長を行なった後、通常
フォトリソグラフィ法(PR法)を用いて導波路形状の
エッチングマスクを形成し、その後Cl2 によるRIB
E法を用いて、In0.4 Al0.6 As第3クラッド層1
5及びInP第2クラッド14の一部を除去し、図2に
示すようなリブ形状に加工する。
【0018】以上が本発明の第2の実施例による半導体
光導波路の製造方法の一例であり、上述の半導体光導波
路の構造において、リブ高さが精度よく実現でき、か
つ、集積してもリブ高さの面内分布が殆ど生じない原理
を以下に説明する。
【0019】第1の実施例と同様に、InPを、Cl2
ガスを用いたRIBE法で加工する場合、表面にInの
塩化物が生成するために、In0.4 Al0.6 Asを加工
する場合に比べてエッチングレートは約1/5と遅くな
る。従って、エッチングを止めたい位置までInP第2
クラッド層を積層しておけばInPの面がでてきたとき
に、エッチングレートが極端に遅くなる。本実施例にお
いては、±5%以内の精度でリブ高さを実現できるRI
BE法を用いている上に、エッチングを止めたい位置ま
でInP第2クラッド層14が積層されているので、リ
ブ高さは±1%以内の精度で実現でき、しかも、リブ高
さの面内分布も±1%以内に抑えることができる。従っ
て、リブ高さを設計通りに実現することが容易となり、
かつ、面内分布が殆ど生じない均一性の良い半導体光導
波路を実現することができる。
【0020】なお、本発明は上記の実施例に限定される
ものではない。InAlGaAs第3クラッド層として
In0.4 Al0.6 Asを用いたが、格子不整合に伴う結
晶性の悪化が生じず、導波構造が維持でき、かつ、エッ
チング時にInPとの選択比がとれれば他の組成比でも
良い。エッチングガスとしてCl2 を用いて作製してい
るが、塩素系のガスであればこれに限るものではなく、
例えばBCl3 ガスであってもよい。また、エッチング
方法としてRIBE法を用いたが、塩素系のガスを用い
るエッチング方法であればよく、例えば反応性イオンエ
ッチング法(RIE法)であっても良い。結晶成長法と
してGS−MBE法を用いたが、他の方法でもよく、例
えば有機金属気相成長法であってもよい。
【0021】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の光導波路で
は、設計通りのリブ高さになるようにGaAs/AlG
aAs系ではGaInPまたはGaInAsPエッチン
グストップ層を挿入した構造であり、InP/GaIn
AsP系ではInP第2クラッド層を積層する構造であ
るので、リブ高さを設計通りに実現することが容易とな
り、かつ、リブ高さの両面分布が殆ど生じない半導体光
導波路を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の半導体光導波路の構造
を示す断面図である。
【図2】本発明の第2の実施例の半導体光導波路の構造
を示す断面図である。
【符号の説明】
1 GaAs基板 2 Al0.4 Ga0.6 As第1クラッド層 3 GaAsガイド層 4 Al0.4 Ga0.6 As第2クラッド層 5 Ga0.46In0.54Pエッチングストッパー層 6 Al0.4 Ga0.6 As第3クラッド層 11 InP基板 12 InP第1クラッド層 13 Ga0.25In0.75As0.560.44ガイド層 14 InP第2クラッド層 15 In0.4 Al0.6 As第3クラッド層

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に、AlGaAs第1クラ
    ッド層、GaAsガイド層、AlGaAs第2クラッド
    層、GaInAsPまたはGaInPエッチングストッ
    パー層、AlGaAs第3クラッド層が順次積層されて
    おり、前記AlGaAs第3クラッド層及びGaInA
    sPまたはGaInPエッチングストッパー層の一部が
    除去されてリブ型導波路が形成されていることを特徴と
    する半導体光導波路。
  2. 【請求項2】 半導体基板上に、InP第1クラッド
    層、GaInAsPガイド層、InP第2クラッド層、
    InAlGaAsまたはInAlAs第3クラッド層が
    順次積層されており、前記InAlGaAsまたはIn
    AlAs第3クラッド層及びInP第2クラッド層の一
    部が除去されてリブ型導波路が形成されていることを特
    徴とする半導体光導波路。
JP64591A 1991-01-08 1991-01-08 半導体光導波路 Pending JPH06109934A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2451456A (en) * 2007-07-31 2009-02-04 Filtronic Compound Semiconduct Optical waveguide comprising aluminium-phosphorus etch stop layer

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2451456A (en) * 2007-07-31 2009-02-04 Filtronic Compound Semiconduct Optical waveguide comprising aluminium-phosphorus etch stop layer
GB2451456B (en) * 2007-07-31 2011-03-02 Filtronic Compound Semiconductors Ltd An optical waveguide structure and method of manufacture thereof

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