JPH0675127B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JPH0675127B2
JPH0675127B2 JP1156920A JP15692089A JPH0675127B2 JP H0675127 B2 JPH0675127 B2 JP H0675127B2 JP 1156920 A JP1156920 A JP 1156920A JP 15692089 A JP15692089 A JP 15692089A JP H0675127 B2 JPH0675127 B2 JP H0675127B2
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マルコ・エルマン
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、少なくとも、１つの直線部分及び１つの湾曲
部分を有する集積化光ガイドを具える半導体装置であっ
て、前記の光ガイドは前記の湾曲部分で光をガイド中に
制限する手段を有し、これらの手段には前記の湾曲部分
の領域で光ガイドの縁部に沿って設けられた溝を含んで
いる当該半導体装置に関するものである。
本発明は更に、このような半導体装置を製造する方法に
関するものである。
本発明は、種々の曲率を有する光ガイドを具え、各光ガ
イドが順次に直線部分及び湾曲部分を有しているマッハ
−ツェンダー（Mach−Zehnder）変調器或いは光スイッ
チのような集積化光学装置の製造に用いられる。
（従来の技術） 湾曲部分を有する埋込み光ガイドを製造することは、本
“2213−Frequenz Vo1.35（1981）,September No.9 Ber
lin−Dentschland"の第248頁におけるカール・ハインツ
・ティートゲン（Karl−Heinz TIETGEN）氏著の論文“P
robleme der Topographie Integriet Schaltungen"から
既知である。
この埋込み光ガイドは単に基板の屈折率よりも大きな屈
折率を有する細条を以って構成されており、この細条は
LiNbo3の基板中にチタンを注入することにより得てお
り、従ってこの細条は基板の上側平坦面と一致する１つ
のレベルにある。このような完全に埋込まれた光ガイド
では損失が常に多くなる。
光ガイドの湾曲部分での径方向散乱による損失を低減さ
せる為に、上記の論文では、例えばエッチングにより溝
を形成し、この溝が前記の湾曲部分よりも大きな曲率半
径でこの湾曲部分と同じ高さで埋込み光ガイドの縁部を
正確にたどるようにすることが提案されている。このエ
ッチングによる溝は、大きい方の曲率半径を有する方の
光ガイドの縁部の側で光ガイドの外部にある雰囲気とこ
の光ガイドとの間の屈折率の相違を大きくするものであ
る。
この論文によるこの方法により0.5mm程度の曲率半径を
得ることができ、これにより損失を3dBを越えないよう
にする。
この論文には、このような湾曲した光ガイドを製造した
場合、外部の雰囲気に対して光ガイドの縁部がでこぼこ
していることによる散乱により損失が生じ、これらの損
失は屈折率の差が大きくなるとこれと関連する問題、例
えば反射、径方向放射およびモード変換を考慮する必要
があるということも記載されている。
これらの問題を減少せしめる為に、エッチングにより形
成された溝は光ガイドの湾曲した部分の開始端および終
端と一致するこの溝の端部で基板の上側面に向けてわず
かに傾斜して上昇する底部分を有し、従って埋込まれた
光ガイドは直線部分で低屈折率の基板によってのみ横方
向で規制されている。
一方、湾曲した光ガイドにおける放射による光損失は、
“BellSyst.Techn.48,2161（1969）”における“Marcat
ili and Miller"の文献で考慮され、説明されている。
光の波が光ガイドの湾曲部分に達すると、この波をこの
湾曲部分に適合させる必要がある。この目的の為に、伝
達されるエネルギーの一部分を放射モードに変換する。
従って、エネルギーは導波面に分散的に放射する。
放射によるこれらの損失は、湾曲部分でその外部と同じ
位相速度を得る為に雰囲気中の光の速度よりも速い速度
で電磁界を移す必要があるという事実によるものであ
る。実際に、波頭を維持するとともに一定の角速度で波
面に応じて移す為に、接線方向の位相速度を、考慮した
点と光ガイドの曲率中心との間の距離に比例させる必要
がある。光ガイドを構成する細条の外側縁から測ったあ
る距離Ｄを越えると、伝搬速度が波頭を維持するのに必
要とする位相速度よりも遅くなる。従って、この距離か
らはもはやモードを伝搬できず、光は湾曲の凸状部に位
置する基板中に放射されてしまう。
導波モードの、放射モードへの変換は、モノモード光ガ
イドが不充分な長さの曲率半径を有する場合にこれらの
モノモード光ガイドにとって極めて不利なことである。
本“Topics in Applied Physics−Vo1.7"の第133頁の章
“Integrated Optics"に記載されておりマルカティリ
（Marcatili）氏により確立された式は臨界的な曲率半
径ｒをモードの横方向制限距離Ｄ、すなわちより正確に
は波の消滅の横方向範囲の関数として且つ使用する波長
λの関数として与えている。
放射損失は光ガイドの曲率半径が以下の不等式を満足す
る場合もはや無視できない。
ｒ＜24π２D3／λ２ この式によれば、横方向制限距離が増大すればする程、
湾曲の外部の方向に生じる損失を増大させることなく、
光ガイドの曲率半径を小さくすることができる。
モノモード光ガイドの場合、臨界的な半径は10mm程度で
あるということがこの式から導出される。その結果、曲
率半径が20mmよりも小さい場合、放射による損失は可成
り大きくなり始める。
この式によれば、光ガイドの湾曲部の位置レベルでの横
方向制限距離を増大させる必要があるということが導き
出され、このことは最初に記載した本における指摘と完
全に一致している。
しかし、従来技術を示す最初に記載した本によれば、こ
の問題は、散乱による損失とモード変換の割合とは制限
用の雰囲気との屈折率の差が大きくなるのと同時に増大
するという事実の為にモノモード光ガイドに対して解決
するのが困難である。
（発明が解決しようとする課題） 従って課題は、前述した本における曲率半径よりも著し
く小さな、代表的には500μｍよりも小さな曲率半径の
湾曲部分を有し、湾曲部分及び直線部分の双方において
損失が極めて小さい、特に1dB/cmよりも小さい集積化光
ガイドを製造することにある。
これらの課題は、散乱又はモード変換による損失を増大
せしめることなく、放射損失を抑圧するように光ガイド
の湾曲部分を制限する本発明の手段によって解決するも
のであり、これらの手段を更に従来から既知の完全埋込
み型光ガイド構造よりもそれ自体における損失が極めて
少ない細条光ガイド構造に適用する。
（課題を解決するための手段） 本発明は、少なくとも、１つの直線部分及び１つの湾曲
部分を有する集積化光ガイドを具える半導体装置であっ
て、前記の光ガイドは前記の湾曲部分で光を光ガイド中
に制限する手段を有し、これらの手段には前記の湾曲部
分の領域で光ガイドの縁部に沿って設けられた溝を含ん
でいる当該半導体装置において、前記の手段が更に、導
波層と、この導波層から突出しこの導波層中を光がたど
る光路を決定する浮き彫り状の細条とを有する導波構造
体をも含んでおり、前記の手段が更に溝構造体を含んで
おり、この溝構造体の深さは一定であり、この溝構造体
の中央部は前記の湾曲部分で前記の細条の縁部を正確に
追従し、この溝構造体の端部は前記の湾曲部分の開始端
及び終了端で前記の細条の縁部から離間し、この溝構造
体の底部は前記の導波層の下側部分に達しないレベル位
置でこの導波層中に位置していることを特徴とする。
以下図面につき説明する。
第1a図は、曲率半径ｒを有する湾曲した光ガイド（導波
管）Ｇにおいては、この光ガイドの外側凸状縁から測っ
たある距離Ｄがあり、この距離Ｄは、この距離を越える
と伝搬速度が波の底部（斜線領域）を保つのに必要な位
相速度よりも遅くなる距離Ｄである。従って、この距離
からは光が基板中に放出されてしまう。これを第1b図に
示す。この第1b図は本発明による制限（規制すなわち閉
じ込め）手段を設けていない湾曲した光ガイドＧにおけ
る光ビームの光路を上方から示している。光路の進路
は、光がまっすぐに進み、特に導波モードのエネルギー
のすべてが基板10中で失なわれ、従って１つの主ローブ
と数個の副ローブとを形成するということを示してい
る。第1b図に密な点で示す区域は高エネルギーに対し、
粗な点で示す区域は低エネルギーに対応する。光は矢印
の方向に進む。第1b図は、光ガイドの湾曲部分を越える
と点線で示す光ガイドＧ中にはもはやエネルギーは残っ
ていないということを示している。
一方、第1c図は本発明による制限手段を設けた湾曲光ガ
イドＧ中の光ビームの光路を上方から示している。導波
モードのエネルギーはすべて光ガイドの湾曲部分を越え
ても実際に光ガイドに残っているということを示してい
る。光は矢印の方向に伝搬する。
しかし、凸状部において光ガイドの縁部に沿ってエッチ
ングにより溝を形成する従来技術を適用する場合には、
光ガイドが横の観点からマルチモードとなり、導波領域
とその隣接の制限領域との間の実効屈折率の差が10-2の
オーダーを越えないようにする必要がある。更に、側面
の凹凸により生ぜしめられる回折の為に分散による損失
が導入される。本発明によれば、第２図に上方から見て
示す装置により上述した問題を解決する。
この装置は、平均半径ｒを有する少くとも１つの湾曲部
と直線部とを有する細条Ｒによって表面が制限された光
ガイドＧを有する。更にこの装置は光ガイドＧで光波の
通路を保つ手段を有する。
これらの手段には光ガイドの湾曲部でこの光ガイドの縁
部に沿って設けた溝S1及びS2を含む。本発明によれば、
これらの溝の深さはこの装置の上側面に対し或いは他の
基準面、例えば基板に対し一定とする。これらの溝は光
ガイドの湾曲部では一定の横方向寸法WSを有するも、溝
S1に対する端部E11，E12及び溝S2に対する端部E21，E22
の横方向寸法は溝の端に近づくにつれて徐々に減少さ
せ、溝の外側縁部は光ガイドの縁部に平行に保ち、光ガ
イドの縁部に近い方の溝の縁部は光ガイドの縁部から分
離させてこれらの間に角度αを有するコーナーを形成す
るストリップQ11，Q21及びQ12，Q22を残すようにする。
端部E11，E21，E12，E22は光ガイドの湾曲部の端部の両
側に長さｌに延在させる。
これらの手段は、第３及び４図の斜視図に或いは第5a,5
b及び5c図の断面図に示すように、光ガイドが少くとも
２つの層C1及びCGを以って構成され、層CG上に浮き彫り
的に細条Ｒが設けられているという事実をも含んでい
る。
層C1はこの層を被覆する層CGよりも低い屈折率を有する
制限層である。層CGは導波層、すなわち波が伝搬する層
である。この導波層の表面に形成された細条Ｒは導波層
中で波がたどる光路を制限する。
この細条Ｒはその横方向寸法WGを装置上で選んだ高さｈ
よりも大きくするのが好ましい。
これらの条件の下では２つの共働手段によってモード変
換を回避しうる。一方の共働手段は光ガイドが直線とな
ると直ちに溝が導波領域から角度αだけそれるという事
実によるものであり、他方の共働手段は溝が導波層CGの
厚さ全体に亘って設けられておらずに一般に導波層CGの
厚さeGの20％を越えない部分Ｐにのみ設けられていると
いう事実によるものである。
この割合は、光ガイドの湾曲部分でビームを制限したり
モード変換を無くしたりする為に材料の屈折率と伝送さ
れる波長との関係として計算される。
従って、本発明による手段、すなわち ・導波層上に湾曲部分を有する薄肉導波細条を配置する
手段、 ・湾曲部分における導波細条の縁部に対して設けた溝手
段、 ・これらの溝を湾曲部分の端部から始めて導波細条の縁
部から角度αだけ離間させる手段、 ・これらの溝を導波層の厚さよりも浅い深さに形成する
手段 を用いることにより、 ａ）ビームの損失は、横方向の散乱がないという事実の
為に直線部分において極めて小さくなり、 ｂ）同時にこのビームは、同じ導波層中を波が伝搬する
他のビームに容易に横結合しうるようになり、 ｃ）このビームの損失は湾曲部分で極めて小さくなり、
この湾曲部分の曲率半径は50μｍ程度に極めて小さくで
き、 ｄ）溝は導波層の底部に達しない為、いかなるモード変
換も回避でき、 ｅ）溝の深さは比較的浅い為、壁部上での回折による横
方向散乱に起因する損失が極めて少なくなる。
従って、本発明による手段を講じた装置の性能は特に高
いもとなる。
実施例I: 第3,4及び５図は本発明による手段を設けた集積化光ガ
イド（導波管）を有する装置の一実施例を示す。
この光ガイド構造は、例えばInPの半絶縁基板10上に形
成しうるn+型のInPより成る低屈折率を有する制限層C1
と、この層C1上に配置したn-型のInPより成る導波層CG
及びこの層CGと同じ材料より成る薄肉の、細条Ｒとのホ
モ構造である。
上記のホモ構造を得るには、同じ導電型で固有抵抗が異
なるIII−Ｖ族の他の二成分材料を用いることもでき
る。
装置の包括的な構造は上方から見た第２図に示すもので
ある。この第２図の部分P2は第３図に斜視図で詳細に示
してある。この第３図は導波細条Ｒを導波層CG上に浮き
彫り状に示しており、導波層CGは制限層C1及び基板10上
に延在している。細条Ｒの両側にはその縁部と一致して
溝S1及びS2が配置されており、これらの溝の底部は導波
層CGの下方部分には達していない。湾曲部分の端部から
はこれら溝S1及びS2は細条Ｒの縁部から離間しており、
従って導波層CGの材料のコーナーQ21及びQ11が現れる。
従って、これらの離間部分E21及びE11における溝S1及び
S2は湾曲部分の領域におけるよりも小さな横方向寸法を
有する。
第２図の装置のP1部分は第４図に斜視図で詳細に示して
ある。この第４図には第３図と同じ素子に示してある。
導波層における波の伝搬現象を良好に理解する為に、第
5a〜5c図に第４図の装置の平面AA,BB及びCC上の断面を
それぞれ示す。
第5a図は直線部分における光ガイドに垂直な平面を通る
断面図AAに相当する。
この領域には溝が設けられていない。層CGは厚さeGを有
する。細条Ｒは横方向寸法WGを有し、高さｈだけ直立し
ている。制限層C1は導波層CGの屈折率nGよりも小さな屈
折率n1を有する。
第5c図は湾曲領域の開始位置において光ガイドに垂直な
平面を通る断面図CCに相当する。溝S1及びS2は導波細条
Ｒの縁部の延長線までエッチングされている。導波層の
上側レベルに対する溝S1，S2の深さはＰである。細条Ｒ
の両側にある溝の幅はWSである。
これらの溝は導波層の厚さ全体に亘ってエッチングされ
ていないが伝搬されるエネルギーを変化させることなく
ビームを圧縮するのにこのエッチングで充分であり、こ
のビームの断面はこの場合この断面図である第5c図に等
エネルギー曲線で示す形態をとる。
第5b図は断面図AA及び断面図CC間の領域において光ガイ
ドに垂直な平面を通る断面図BBに相当する。
溝S1及びS2の部分E12及びE22は、ビームの断面を第5a図
の等エネルギー曲線によって示す形態から第5c図の等エ
ネルギーラインによって示す形態に移るようにするビー
ムの圧縮を示している。
部分E12，E22のエッチング深さＰは溝S1，S2のエッチン
グ深さと同じである。部分E12，E22，E11，E21の長さは
ｌである。
実施例II: 第６及び７図は本発明の第２実施例を示す。
この光ガイド構造は、例えばImPより成る半絶縁基板10
上にInPより成る低屈折率の制限層C1とGaInAsPより成る
わずかに大きな屈折率の導波層CGと、新たな制限層C
2と、この制限層C2の表面に形成した同じ材料の薄肉導
波細条Ｒとを以って構成しうるヘテロ構造である。
この二重ヘテロ構造、例えば基板と、二成分材料の制限
層と、所望の屈折率及び使用する放射を透過するのに適
した禁止帯幅を有する三成分或いは四成分材料の導波層
とを形成するのに他のIII−Ｖ族材料を用いることがで
きる。
第６図は第２図の部分P1の斜視図である。
第7a〜7c図は第６図のAA,BB及びCC線上をそれぞれ断面
にした断面図である。極めて薄い厚さe3を有する第２制
限層C2はこの層を形成する追加の技術工程を要するも、
平衡にすべき実施例Ｉの装置に比べて性能をわずかに改
善する。
この装置の他の部分は実施例Ｉとほぼ同じである。
本発明を実施する為に以下に有利な製造方法を説明す
る。実際本発明の目的は、高性能で特に曲率半径の小さ
な湾曲部分での損失が極めてわずかである光ガイドを有
する装置を半導体材料中に集積化することにある為、こ
の製造方法は特にこの目的に対し考慮する必要がある
が、他の集積化素子の形成と相俟って装置を実現する。
製造方法 本発明による製造方法は、導波細条と曲率半径が小さな
少くとも１つの湾曲部分とを有する埋込み光ガイドを形
成する工程と、上記の湾曲部分において導波細条の軸線
に沿って光を案内するように光を制限（規制）する溝を
形成する工程とを具えている。
この方法は３つの順次の工程で行なうものであり、最後
の工程に対しては異なる種類のすなわち選択エッチング
処理を行なう異なる材料の２つのマスクを必要とする。
A:第１工程 この第１工程では、並置層の構造を形成し、これら本発
明による装置、すなわち低屈折率の少くとも１つの層上
にわずかに高い屈折率の層を配置したものと、場合に応
じ低屈折率の上側層とを有する構造を形成する（第9a〜
9c図）。
従って実施例Ｉのホモ構造を得る為に、まず最初に、例
えば液体カプセル化（encapsulation）を用いたチョク
ラルスキー法による結晶引上げにより得た半絶縁性のIn
Pの固定ブロックからスライス切断することにより基板1
0を形成する（第9b図参照）。
次に、MOVPE又はVPEのようなエピタキシャル法により、
n+型のInP層11を形成する。この層11は例えば４・1018
／cm3の濃度でS+イオンをドーピングすることにより得
られ、この層に、意図的なドーピングを行わずして得た
n-型のInP層12を被覆する（第9b図参照）。
層11の厚さは臨界的なものではない。例えばe1＝３μｍ
とすることができる。この層11は制限層C1として用い
る。層12の厚さは３μｍとするのが好ましい。この層12
はその導電型がn-である為に層11の屈折率よりもわずか
に大きな屈折率を有し、従ってこの層12は実際には厚さ
eGの導波層CG及び厚さｈの細条Ｒを形成する作用をす
る。本発明の方法によれば、３μｍの厚さの層12から厚
さeG＝2.5μｍの導波層CGと高さｈ≒0.5μｍの細条Ｒを
得る。
一般的に２〜３μｍの厚さの層12から 1.5＜eG＜2.5μｍ 0.5＜ｈ＜0.75μｍ WG≒４μｍ を得るようにする。
本例では、n-型の材料InPが波長λ＝1.3μｍ及びλ＝1.
55μｍを有する放射を透過する。
実施例Ｉのホモ構造の変形例では、n+導電型の基板10を
用いる。この場合、この基板10は、前述したようにこの
基板の表面に直接n-導電型のエピタキシアル層12を形成
する場合（第9a図参照）、光を制限（規制）する作用を
する。
実施例IIのダブルヘテロ構造を得る為に、まず最初実施
例Ｉで用いたのと同じ方法により基板10を形成する。
次にこの場合もMOVPE又はVPE型のエピタキシャル法によ
り、制限層C1を構成する意図的なドーピングを行なわず
してInPの層21を形成する。この層21の厚さは臨界的な
ものではなくe1＝３μｍ程度にすることができる。
次にこの層21の表面にGaInAsPのエピタキシアル層22を
形成する。この層22の厚さは1.5〜2.5μｍとするのが好
ましい（第9c図参照）。
この四成分層22は実際には厚さeGの導波層CGとして用い
られる。
本例では、四成分材料GaInAsPは、実際に電気通信の目
的で用いられている波長λ＝1.3μｍ又はλ＝1.55μｍ
の放射を透過する。
最後に、四成分層22の表面にInPの新たな二成分層23を
形成する（第9c図参照）。この層23の厚さは１μｍとす
るのが好ましい。この層23において高さｈ≒0.5μｍ及
びWG≒４μｍの細条Ｒを実施例Ｉと同様に形成する。こ
の場合、層22の表面において細条Ｒ以外で残る層23の厚
さは高さｈ（0.5＜ｈ＜0.75μｍ）に応じて0.25〜0.5μ
ｍとなる。
（低屈折率の）二成分材料と四成分材料との間の屈折率
の差が光を層CG（22）中に制限する。
B:第２工程 平坦なエピタキシアル層の上述した構造の一方或いは他
方を形成し終ると、本発明による第２工程を開始する。
この処理を実施例Ｉ及びIIの構造に対しそれぞれ第10及
び11図に示す。この第２工程では、浮き彫り状の細条Ｒ
を半導体材料の上側層12或いは13上に形成する。
この目的の為に、まず最初マスクシステムM1，M2を形成
する。このシステムは例えば、厚さが500〜700nmで、30
分間420℃での焼結により高密化したSiO2のような誘電
体材料の層31により得ることができる。次にこのシリカ
層31に厚さが0.7〜１μｍのホトレジスト層32を被覆
し、これをまず最初90℃で30分間焼結する（第10a及び1
1a図参照）。この層32を絶縁及び分解により、細条Ｒに
対して設けた領域の表面にマスクM2を残して除去する。
次に、装置を段階的に180℃の温度にしてホトレジスト
層M2を硬化させる（第10b及び11b図参照）。
半導体構造の上側面が得られると、反応性イオンエッチ
ング処理を例えばCH4／H2混合気体のようなガスにより
マスクシステムM1，M2の周囲に行なう。元素Inを含むII
I−Ｖ族化合物をエッチングするのにこの混合気体を用
いることは1985年に日本で開催されたGaAs及びこれに関
連する化合物の国際シンポジウムの文献“Institute Ph
ys.Compt.Serv.No.79,Chapter6"の第367〜372頁にニゲ
ブルグ（U.Niggebrgge）氏等著の論文から既知であ
る。
上述したマスクシステムは、半導体材料のエッチング処
理中に他のガス、特に塩素処理化合物を用いうるように
する為に選択する。
半導体構造における所望のエッチング深さは細条Ｒの高
さｈとする。従って、このエッチング処理は前述した２
つの実施例ではInP材料より成る層12或いは層23におけ
る構造に応じて行なう。
エッチング深さの制御はフランス国特許出願第8707796
号明細書に記載された方法を用いて実時間で行なうこと
ができる（第10d及び11d図参照）。
このようにして形成された高さｈの細条Ｒはシリカ（Si
O2）のマスクM1及びホトレジストのマスクM2により被覆
されたままであり、ここで本発明による方法の第３工程
を開始する。
C:第３工程 幅WSが１〜４μｍの溝S1及びS2を光ガイドの湾曲部分に
すなわち光ガイドの湾曲部分の細条Ｒの縁部に沿って形
成するこの第３工程を行なう為に、まず最初ホトレジス
ト層33を形成する。このホトレジスト層は２〜４μｍの
厚さに亘って装置のアセンブリ全体を被覆する。
次に絶縁及び分解によりこのホトレジスト層33に、形成
すべき溝S1及びS2の表面と一致する窓をあけ（第10e及
び11e図参照）、これによりマスクM3を形成する。
第8a図は重畳されたマスクM1及びM2に対するマスクM3の
特定配置を上方から示しており、このマスクM3には、形
成すべき溝S1及びS2と一致する２つの窓O1及びO2があけ
られているも、マスクM1及びM2上での窓O1及びO2間の距
離ｄは細条Ｒ（すなわちマスクM1，M2）の寸法WGよりも
小さくなるように注意する。これにより細条Ｒから最も
離れた溝の縁部がマスクM3により制限され、細条Ｒに最
も近い溝の縁部が重畳マスクM1，M2により制限される。
第8b図はマスクM3の特に有利な配置を上方から示してお
り、この場合窓O1及びO2がM1，M2上で連結し、溝S1及び
S2の部分E11，E12，E21，E22を形成する各端部でありつ
ぎ形態の１つのみの窓を形成している。これらの部分E
11，E12，E21，E22の寸法ｌ（第２図）は ｌ≒50μｍ とするのが好ましい。
これらの状態では、第8a図のそれぞれ平面Ｉ−Ｉ及びII
−II上での断面図である第10e,11e図及び第10g,11g図に
示すように、細条Ｒから最も離れた溝S1及びS2の縁部が
マスクM3により制限され、細条Ｒに最も近い縁部がマス
クM1，M2により制限されている。
上述した形態の窓O1，O2では、半導体材料の層、すなわ
ち実施例Ｉのホモ構造の場合の層12及び実施例IIのヘテ
ロ構造の場合の層23,22を、材料12或いは22の層CGがそ
の全厚さの20％よりも少ないわずかな厚さだけ腐食され
るまでエッチングする。その全体の厚さの５〜16％の深
さＰに亘るエッチングが好ましい。例えば層22の全体の
厚さeGが1.5μｍである場合、この層22における溝の深
さＰは約0.2μｍに選択しうる。
層12又は23,22は同じ条件下で同じガスCH4／H2により前
述したように反応性イオンエッチングによりエッチング
する。
装置を実現する上で必要な２つのマスクシステムを形成
する材料の選択は、マスクM1，M2がマスクM3の形成中に
影響を受けないように行なうことに注意すべきである。
これらの２つのマスクシステムを実現するには他の材料
を用いることもでき、この場合これらの材料によってマ
スクシステムを形成するとともに、これによって形成さ
れたマスクが変形せず、特に半導体構造をエッチングす
るのに用いたのに同じガスによってエッチングされない
ことを条件とする。
第10f及び10h図は実施例Ｉの構造を第8a図の断面Ｉ−Ｉ
及びII−IIで見た窓O1及びO2内のエッチング処理の結果
を示し、第11f及び11h図は実施例IIの構造に対する上記
と同じ断面で見た同じ結果を示す。
第8a図に、特に第8b図に示すマスクの相対配置が特に有
利である。実際、溝の縁部がマスクM1，M2によって細条
Ｒに沿って制限されているという事実の為に、第３工程
での細条Ｒに沿う溝のエッチング処理が、第２工程で細
条Ｒを形成するエッチング処理と完全に整列されて行な
われる。
第8a図のマスク配置は第8b図のマスク配置よりもわずか
に困難であるが第8b図の場合と同じ結果が得られる。
本発明の方法によればマスクを簡単に得ることができ
る。すなわち、マスクを非臨界的に互いに整列でき、溝
の縁部を細条の縁部に対し完全に自己整列しうる。従っ
て、光ガイドの縁部のあらさによる悪影響が最小とな
る。
処理の終了時にホトレジストのマスクM2（層32）をアセ
トン中での溶解により除去し、シリカのマスクM1（層3
1）をフッ化水素（HF）により除去する。ホトレジスト
のマスクM3もアセトンで除去する。
光ガイドの湾曲部の凹部内に溝を形成するのは絶対に不
可避的なことではないことに注意すべきである。しか
し、この溝を形成することにより製造の実行を容易に
し、性能を高め、光ガイド内への光の制限をも改善す
る。
【図面の簡単な説明】
第1a図は、湾曲したモノモード光ガイド中の波の形状を
示す線図、 第1b図は、本発明による制限手段を設けていない湾曲し
た光ガイド中の光ビームの通路を上方から見た線図、 第1c図は、本発明による制限手段を設けた湾曲した光ガ
イド中の光ビームの通路を上方から見た線図、 第２図は、湾曲した光ガイド中に光を制限する本発明に
よる手段を示す線図、 第３図は、第１実施例での第２図の部分P2を示す斜視
図、 第４図は、第１実施例での第２図の部分P1を示す斜視
図、 第5a〜5c図は、第４図の部分P1を種々の面で断面として
示す断面図、 第６図は、他の実施例での第２図の部分P1を示す斜視
図、 第7a〜7c図は、第６図の部分P1を種々の面で断面として
示す断面図、 第8a及び8b図は、装置の製造方法を実施する為のマスク
の２つの可能な相対配置を示す線図、 第9a〜9c図は、前記の２つの実施例での製造方法の第１
段階を示す断面図、 第10a〜10h図は、前記の第１実施例での製造方法の第２
及び第３段階を示す断面図、 第11a〜11h図は、前記の第２実施例での製造方法の第２
及び第３段階を示す断面図である。 Ｃ…光ガイド、S1，S2…溝 Ｒ…細条、CG…導波層 C1，C2…制限層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−147145（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−13010（ＪＰ，Ａ)

Claims (33)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】少なくとも、１つの直線部分及び１つの湾
    曲部分を有する集積化光ガイドを具える半導体装置であ
    って、前記の光ガイドは前記の湾曲部分で光を光ガイド
    中に制限する手段を有し、これらの手段には前記の湾曲
    部分の領域で光ガイドの縁部に沿って設けられた溝を含
    んでいる当該半導体装置において、前記の手段が更に、
    導波層と、この導波層から突出しこの導波層中を光がた
    どる光路を決定する浮き彫り状の細条とを有する導波構
    造体をも含んでおり、前記の手段が更に溝構造体を含ん
    でおり、この溝構造体の深さは一定であり、この溝構造
    体の中央部は前記の湾曲部分で前記の細条の縁部を正確
    に追従し、この溝構造体の端部は前記の湾曲部分の開始
    端及び終了端で前記の細条の縁部から離間し、この溝構
    造体の底部は前記の導波層の下側部分に達しないレベル
    位置でこの導波層中に位置していることを特徴とする半
    導体装置。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の半導体装置において、前
    記の湾曲部分で光ガイドの両側に同じ構造の溝が設けら
    れていることを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項３】請求項１又は２に記載の半導体装置におい
    て、溝の端部が前記の細条から２°〜５°の角度だけ離
    間していることを特徴とする半導体装置。
  4. 【請求項４】請求項３に記載の半導体装置において、前
    記の角度が３°であることを特徴とする半導体装置。
  5. 【請求項５】請求項３に記載の半導体装置において、前
    記の角度が４°であることを特徴とする半導体装置。
  6. 【請求項６】請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導
    体装置において、前記の導波層の厚さ方向での溝の深さ
    がこの導波層の厚さの20％よりも少ないことを特徴とす
    る半導体装置。
  7. 【請求項７】請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導
    体装置において、光ガイドの構造が２層を有する型のも
    のであり、導波層が低屈折率の制限層の表面に形成さ
    れ、前記の細条は導波層の表面にこの導波層と同じ材料
    を以って形成されていることを特徴とする半導体装置。
  8. 【請求項８】請求項７に記載の半導体装置において、２
    層を有する光ガイドの構造がホモ構造型であり、制限層
    は第１の固有抵抗値で所定の導電型のIII−Ｖ族材料よ
    り成り且つIII−Ｖ族材料の基板上に形成されており、
    導波層は第２の固有抵抗値で制限層と同じ導電型及び同
    じIII−Ｖ族材料より成り且つ前記の制限層上に形成さ
    れていることを特徴とする半導体装置。
  9. 【請求項９】請求項８に記載の半導体装置において、制
    限層がn+型のInPより成っており、導波層がn-型InPより
    成っており、基板が半絶縁性のInPより成っていること
    を特徴とする半導体装置。
  10. 【請求項１０】請求項１〜６のいずれか一項に記載の半
    導体装置において、光ガイドの構造は３層を有する型の
    ものであり、導波層が低屈折率の２つの制限層間に形成
    され、前記の細条が上側の制限層の材料から成っている
    ことを特徴とする半導体装置。
  11. 【請求項１１】請求項10に記載の半導体装置において、
    ３層を有する光ガイドの構造がヘテロ構造型であり、２
    つの制限層は二成分のIII−Ｖ族材料より成り、導波層
    は三成分又は四成分III−Ｖ族材料より成り、基板は二
    成分III−Ｖ族材料より成っていることを特徴とする半
    導体装置。
  12. 【請求項１２】請求項11に記載の半導体装置において、
    制限層はInPより成り、導波層は半絶縁性のInPの基板上
    に形成されたGaInAsPより成っていることを特徴とする
    半導体装置。
  13. 【請求項１３】請求項１〜12のいがれか一項に記載の半
    導体装置において、導波層の厚さが約1.5μｍであり、
    制限層が存在する場合にはこの制限層の厚さが約0.25μ
    ｍであり、前記の細条は約0.75μｍの厚さ及び約４μｍ
    の横方向寸法を有する浮き彫り状をしており、溝はその
    底部が導波層の上側面から約0.2μｍに位置するような
    深さを有していることを特徴とする半導体装置。
  14. 【請求項１４】請求項１〜６のいずれか一項に記載の半
    導体装置を製造するに当り、少なくとも以下の工程、す
    なわち、 ａ）III−Ｖ族の少なくとも２つの半導体材料層の構造
    を形成し、下側の層（11,12）が制限層（C1）を構成す
    る為の低屈折率を有し、この下側の層を被覆する層（1
    2,21）は高屈折率を有するとともに半導体装置を動作さ
    せる為の波長λを有する放射を透過して導波層（CG）を
    構成するようにする工程と、 ｂ）前記の導波層（CG）上に高さがｈで幅がWGで湾曲部
    分を有する細条（Ｒ）を浮き彫り状に形成し、この細条
    （Ｒ）はその下側の層（CG）中に導波路を制限する為の
    ものとする工程であって、この工程は、細条（Ｒ）の領
    域のみを被覆する第１の種類のマスク（M1，M2）のシス
    テムを用い、これに続いてこのマスクのシステムに対し
    て選択エッチングを行なうガスによりこのマスクのシス
    テムの周りの半導体領域を深さｈに亘っていわゆる反応
    性イオンエッチングを行ない、これにより前記の細条
    （Ｒ）の下側の導波層が厚さeGを有するようにして得る
    当該工程と、 ｃ）これにより得られた装置の表面に、前記の細条
    （Ｇ）の湾曲部分の両側で前記の導波層（CG）中の深さ
    Ｐ及び幅WSを有する２つの溝（S1．S2）を形成し、これ
    らの溝を前記の湾曲部分の端部で前記の細条から角度α
    だけ離間させ、光を導波層（CG）中で横方向に制限する
    工程であって、この工程は、前記の溝（S1．S2）の領域
    と一致する窓（O1，O2）を有する第２の種類のマスク
    （M3）のシステムを用い、前記の細条（Ｒ）上でのこれ
    らの窓の距離ｄをＯ＜ｄ＜WGとし、これに続いて厚さeG
    を有する導波層（CG）におけるエッチング深さＰがeGの
    20％よりも浅いある深さとなるまで窓（O1，O2）中の半
    導体領域をいわゆる反応性イオンエッチングを行なうこ
    とにより得る当該工程と を順次に行なうことを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  15. 【請求項１５】請求項14に記載の半導体装置の製造方法
    において、前記の工程ａ）でIII−Ｖ族の材料の２層（1
    1,12）のホモ構造を形成することを特徴とする半導体装
    置の製造方法。
  16. 【請求項１６】請求項15に記載の半導体装置の製造方法
    において、前記の工程ｂ）で前記の細条（Ｒ）をホモ構
    造の第２層（12）の材料中に形成することを特徴とする
    半導体装置の製造方法。
  17. 【請求項１７】請求項16に記載の半導体装置の製造方法
    において、２層のホモ構造を、エピタキシアル成長によ
    りn-導電型のInPの層が上に形成されているn+導電型のI
    nPの基板（10）を以って構成することを特徴とす半導体
    装置の製造方法。
  18. 【請求項１８】請求項17に記載の半導体装置の製造方法
    において、２層のホモ構造をn+導電型のInPの第１エピ
    タキシアル層（11）と、InPの固体単結晶半絶縁性基板
    （10）の表面に配置したn+導電型のInPの第１エピタキ
    シアル層（11）と、この第１エピタキシアル層に配置し
    たn-導電型のInPの上側層（12）とを以って構成するこ
    とを特徴とする半導体装置の製造方法。
  19. 【請求項１９】請求項14に記載の半導体装置の製造方法
    において、前記の工程ａ）でIII−Ｖ族の材料の２層、
    すなわち下側の第１層（21）及び上側の第２層（22）の
    ヘテロ構造を形成することを特徴とする半導体装置の製
    造方法。
  20. 【請求項２０】請求項19に記載の半導体装置の製造方法
    において、前記の工程ｂ）で前記の細条（Ｒ）を２層の
    ヘテロ構造の上側層、すなわち第２層（22）の材料中に
    形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  21. 【請求項２１】請求項19に記載の半導体装置の製造方法
    において、前記の工程ａ）でダブルヘテロ構造を前記の
    層（21,22）の表面に配置した第３層（23）を以って構
    成し、この第３層の屈折率を前記の第２層（22）の屈折
    率よりも低くし、この第２層（22）を導波層（CG）とす
    ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  22. 【請求項２２】請求項21に記載の半導体装置の製造方法
    において、前記の工程ｂ）で前記の細条（Ｒ）を前記の
    第３層（23）に形成することを特徴とする半導体装置の
    製造方法。
  23. 【請求項２３】請求項19〜22のいずれか一項に記載の半
    導体装置の製造方法において、前記のヘテロ構造或いは
    ダブルヘテロ構造（21,22或いは21,22,23）で第１層（2
    1）をn-導電型のInPの二成分エピタキシアル層とし、第
    ２層（22）をGaInAsPの四成分エピタキシアル層とし、
    第３層（23）が存在する場合にはこの第３層をn-導電型
    のInPの二成分エピタキシアル層とし、この順次の層を
    単結晶半絶縁性のInPの固体基板上に配置することを特
    徴とする半導体装置の製造方法。
  24. 【請求項２４】請求項17又は18又は23に記載の半導体装
    置の製造方法において、InP材料をそのバックグラウン
    ドドーピングのみによりn-導電型にするとともに４・10
    18の濃度でs+イオンをドーピングすることによりn+導電
    型とし、半絶縁性のInPの固体基板が存在する場合には
    この固体基板を14・1016程度の濃度のカプセル化を用い
    たチョクラルスキー法による引上げ法により得、エピタ
    キシアル層はMOVPE又はVPE型の方法の１つにより得るこ
    とを特徴とする半導体装置装置の製造方法。
  25. 【請求項２５】請求項14〜24のいずれか一項に記載の半
    導体装置の製造方法において、 0.5μｍ＜ｈ＜0.75μｍ WG≒４μｍ Ｐ＜eGの20％ WS＝１〜４μｍ 1.5μｍ＜eG＜2.5μｍ ２°＜α＜５° としたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  26. 【請求項２６】請求項14〜25のいずれか一項に記載の半
    導体装置の製造方法において、第１の種類のマスクのシ
    ステムをシリカ（SiO2）の層（31）とホトレジストの層
    （32）との重畳層を以って構成することを特徴とする半
    導体装置の製造方法。
  27. 【請求項２７】請求項26に記載の半導体装置の製造方法
    において、前記の工程ｂ）でシリカの層（31）の厚さを
    500〜700nm程度とし、ホトレジストの層（32）を0.7〜
    １μｍ程度とし、前記のシリカの層をその堆積後で前記
    のホトレジストの層の堆積前に400℃で30分間加熱し、
    前記のホトレジストの層（32）をその堆積後約90℃の温
    度で約30分間熱し、前記の細条（Ｒ）をホトレジストの
    層（32）のホトリソグラフィー工程により規定し、これ
    によりマスク（M2）を形成し、これに続いてホトレジス
    トの層（32）を段階的に180℃で加熱し、次にシリカ（S
    iO2）の層（31）を半導体材料の上側層の上側面が露出
    するまでCHF3ガスを用いた反応性イオンエッチングによ
    り前記のマスク（M2）の周りでエッチングし、これによ
    り前記のマスク（M2）の下側にマスク（M1）を形成する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  28. 【請求項２８】請求項27に記載の半導体装置の製造方法
    において、前記の細条（Ｒ）は少なくともCH4／H2ガス
    を含有する混合ガスにより第１の種類のマスク（M1，
    M2）のシステムの周りで半導体層をエッチングすること
    により形成することを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  29. 【請求項２９】請求項26〜28のいずれか一項に記載の半
    導体装置の製造方法において、前記の第２の種類のマス
    クのシステムを厚さが２〜４μｍのホトレジスト層（3
    3）を以って構成することを特徴とする半導体装置の製
    造方法。
  30. 【請求項３０】請求項29に記載の半導体装置の製造方法
    において、前記の工程ｃ）で前記の窓（O1，O2）を既知
    のリングラフィーの工程によりホトレジスト層（33）に
    形成し、これにより第２の種類のマスク（M3）を形成
    し、その後溝（S1，S2）を、導波層（CG）中でエッチン
    グ深さＰが得られるまで窓（O1，O2）中で露出された半
    導体層をエッチングすることにより形成し、このエッチ
    ング工程は少なくともCH4／H2ガスを含む混合ガスによ
    り行ない、マスクの２つのシステム（M1，M2及びM3）を
    ホトレジストに関しアセトン中で、シリカ（SiO2）に関
    しフッ化水素（HF）中で分解することにより除去するこ
    とを特徴とする半導体装置の製造方法。
  31. 【請求項３１】請求項30に記載の半導体装置の製造方法
    において、前記の第２の種類のマスク（M3）の形成中、
    前記の窓（O1及びO2）を、これらが、第１の種類のマス
    ク（M1，M2）のシステムによって依然として被覆されて
    いる細条（Ｒ）の上方で距離ｄ＜WGだけ互いに離間され
    るように形成することを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  32. 【請求項３２】請求項30に記載の半導体装置の製造方法
    において、第２の種類のマスク（M3）の形成中に前記の
    窓（O1，O2）を、これらが第１の種類のマスク（M1，
    M2）のシステムによって依然として被覆されている細条
    （Ｒ）の上方で互いに結合されて１つの窓を構成するよ
    うに形成し、この１つの窓は溝（S1，S2）の端部を形成
    するこの窓の各端部でありつぎの形状を有するようにす
    ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  33. 【請求項３３】請求項30〜32のいずれか一項に記載の半
    導体装の製造方法において、前記の窓（O1，O2）の端部
    を約50μｍの長さに亘って角度αだけ前記の細条（Ｒ）
    から離間させ、溝（S1，S2）の端部（E11，E12，E21及
    びE22）を形成するようにすることを特徴とする半導体
    装置の製造方法。
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