JPH07112100B2 - オプトエレクトロニク半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
オプトエレクトロニク半導体装置及びその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ウェーブガイドを有す
るオプトエレクトロニク半導体装置であって、この半導
体装置は珪素基板を有する半導体本体を具え、この珪素
基板上に、酸化珪素を有する材料より成り溝を有する第
１層と、前記の溝の区域で前記のウェーブガイドを形成
する放射案内材料の第２層とがこの順序で設けられてい
る当該オプトエレクトロニク半導体装置に関するもので
ある。本発明は又、このような半導体装置を製造する方
法にも関するものである。
るオプトエレクトロニク半導体装置であって、この半導
体装置は珪素基板を有する半導体本体を具え、この珪素
基板上に、酸化珪素を有する材料より成り溝を有する第
１層と、前記の溝の区域で前記のウェーブガイドを形成
する放射案内材料の第２層とがこの順序で設けられてい
る当該オプトエレクトロニク半導体装置に関するもので
ある。本発明は又、このような半導体装置を製造する方
法にも関するものである。
【０００２】このような半導体装置は特に、光電気通信
分野におけるオプトエレクトロニクシステムに用いられ
ている。これらの半導体装置は又、波長がλ／２のレー
ザ放射を非直線的な光学物質中で波長がλのレーザ放射
から形成する周波数２倍用のシステムに用いられる。こ
の場合、ウェーブガイドを用いることが極めて重要であ
る。その理由は、有効な周波数２倍を達成するために、
放射を長い距離に亘って集中された状態に保つ必要があ
る為である。珪素基板を用いることにより幾つかの技術
的利点が得られ、その中で特に劈開が可能となるという
利点がある。
分野におけるオプトエレクトロニクシステムに用いられ
ている。これらの半導体装置は又、波長がλ／２のレー
ザ放射を非直線的な光学物質中で波長がλのレーザ放射
から形成する周波数２倍用のシステムに用いられる。こ
の場合、ウェーブガイドを用いることが極めて重要であ
る。その理由は、有効な周波数２倍を達成するために、
放射を長い距離に亘って集中された状態に保つ必要があ
る為である。珪素基板を用いることにより幾つかの技術
的利点が得られ、その中で特に劈開が可能となるという
利点がある。
【０００３】
【従来の技術】このようなオプトエレクトロニク半導体
装置は、１９８８年にＳＰＩＥで発行された文献“Fabr
ication and Charactearization of Processable Polyd
iacetylene Waveguides ”の第２４５〜２５１頁の論文
“Nonlinear Optical Properties of Organic Materisl
s ”（S.Mann氏等著）に記載されており既知である。ウ
ェーブガイドを有するこの既知の装置は珪素基板を有す
る半導体本体を具えており、この珪素基板上には、酸化
珪素、この場合シリコンオキシニトリドを有する材料よ
り成り溝が形成されている層と、この溝の領域でウェー
ブガイドを形成するジアセチレン（非線形光学材料）の
層とがこの順序で存在している。酸化珪素を有する層は
ＰＥＣＶＤ（プラズマ・エンハンスド・ケミカル・ベイ
パー・デポジション；プラズマ化学堆積法）により形成
され、一方溝は細条状の孔を有するマスクを用いてＲＩ
Ｅ（反応性イオンエッチング）により形成されている。
この既知の装置は非線形ウェーブガイド又は光学スイッ
チとして用いられる。第１層はウェーブガイドを良好に
動作させるために比較的厚肉にする必要がある。
装置は、１９８８年にＳＰＩＥで発行された文献“Fabr
ication and Charactearization of Processable Polyd
iacetylene Waveguides ”の第２４５〜２５１頁の論文
“Nonlinear Optical Properties of Organic Materisl
s ”（S.Mann氏等著）に記載されており既知である。ウ
ェーブガイドを有するこの既知の装置は珪素基板を有す
る半導体本体を具えており、この珪素基板上には、酸化
珪素、この場合シリコンオキシニトリドを有する材料よ
り成り溝が形成されている層と、この溝の領域でウェー
ブガイドを形成するジアセチレン（非線形光学材料）の
層とがこの順序で存在している。酸化珪素を有する層は
ＰＥＣＶＤ（プラズマ・エンハンスド・ケミカル・ベイ
パー・デポジション；プラズマ化学堆積法）により形成
され、一方溝は細条状の孔を有するマスクを用いてＲＩ
Ｅ（反応性イオンエッチング）により形成されている。
この既知の装置は非線形ウェーブガイド又は光学スイッ
チとして用いられる。第１層はウェーブガイドを良好に
動作させるために比較的厚肉にする必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した既知の装置に
は、溝の壁部及び底部がエッチングの結果として比較的
荒くなるという欠点がある。又、使用するマスクの縁部
の荒さ又は凹凸性によっても溝の壁部を荒くする。放射
をこのようなウェーブガイドに導入すると、溝の底部及
び壁部の凹凸によってこの放射の一部が散乱される。こ
れにより、ウェーブガイドによる放射伝送効率が減少す
る。このことは不所望なことであること明らかである。
既知の装置の他の欠点は製造が容易でないことである。
すなわち、エッチングマスクの写真食刻形成中に比較的
厚肉の第１層で反射が生じてしまう。この反射の結果、
マスクの形成が困難なものとなってしまう。
は、溝の壁部及び底部がエッチングの結果として比較的
荒くなるという欠点がある。又、使用するマスクの縁部
の荒さ又は凹凸性によっても溝の壁部を荒くする。放射
をこのようなウェーブガイドに導入すると、溝の底部及
び壁部の凹凸によってこの放射の一部が散乱される。こ
れにより、ウェーブガイドによる放射伝送効率が減少す
る。このことは不所望なことであること明らかである。
既知の装置の他の欠点は製造が容易でないことである。
すなわち、エッチングマスクの写真食刻形成中に比較的
厚肉の第１層で反射が生じてしまう。この反射の結果、
マスクの形成が困難なものとなってしまう。
【０００５】本発明の目的は特に、上述した欠点を完全
に又は少なくとも部分的に無くしたオプトエレクトロニ
ク半導体装置を提供せんとするにある。本発明は更にこ
のような装置の簡単な製造方法をも提供する。
に又は少なくとも部分的に無くしたオプトエレクトロニ
ク半導体装置を提供せんとするにある。本発明は更にこ
のような装置の簡単な製造方法をも提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、ウェーブガイ
ドを有するオプトエレクトロニク半導体装置であって、
この半導体装置は珪素基板を有する半導体本体を具え、
この珪素基板上に、酸化珪素を有する材料より成り溝を
有する第１層と、前記の溝の区域で前記のウェーブガイ
ドを形成する放射案内材料の第２層とがこの順序で設け
られている当該オプトエレクトロニク半導体装置におい
て、前記の溝と前記の第１層の一部分とが珪素基板の局
部酸化により形成されており、前記の第１層がその厚さ
の少なくとも一部に亘って且つ前記の溝の両側で珪素基
板内に入り込んでいることを特徴とする
ドを有するオプトエレクトロニク半導体装置であって、
この半導体装置は珪素基板を有する半導体本体を具え、
この珪素基板上に、酸化珪素を有する材料より成り溝を
有する第１層と、前記の溝の区域で前記のウェーブガイ
ドを形成する放射案内材料の第２層とがこの順序で設け
られている当該オプトエレクトロニク半導体装置におい
て、前記の溝と前記の第１層の一部分とが珪素基板の局
部酸化により形成されており、前記の第１層がその厚さ
の少なくとも一部に亘って且つ前記の溝の両側で珪素基
板内に入り込んでいることを特徴とする
【０００７】本発明によれば、成長処理、すなわち酸化
を用いる為、極めて滑らかとなる酸化珪素の第１層が得
られる。この層の荒さは実際主として、酸化すべき表
面、従って極めて平滑な珪素基板の表面の荒さによって
決定される。溝は局部酸化、好ましくは局部熱酸化によ
りこの酸化中に用いるマスクの領域で第１層に形成す
る。その結果、溝のエッチングを用いないですみ、この
エッチングに伴う第１層の表面の凹凸がなくなる。従っ
て、本発明による装置は、特に滑らかな壁部及び底部を
有するウェーブガイドとして作用する溝を有する為、ウ
ェーブガイドは放射を極めて効率良く案内する。本発明
による装置におけるウェーブガイドの長手方向に垂直な
横断面は、第１層が溝の両側で基板内にその厚さの少な
くとも一部分に亘って入り込んでいる局部酸化特性を呈
する。
を用いる為、極めて滑らかとなる酸化珪素の第１層が得
られる。この層の荒さは実際主として、酸化すべき表
面、従って極めて平滑な珪素基板の表面の荒さによって
決定される。溝は局部酸化、好ましくは局部熱酸化によ
りこの酸化中に用いるマスクの領域で第１層に形成す
る。その結果、溝のエッチングを用いないですみ、この
エッチングに伴う第１層の表面の凹凸がなくなる。従っ
て、本発明による装置は、特に滑らかな壁部及び底部を
有するウェーブガイドとして作用する溝を有する為、ウ
ェーブガイドは放射を極めて効率良く案内する。本発明
による装置におけるウェーブガイドの長手方向に垂直な
横断面は、第１層が溝の両側で基板内にその厚さの少な
くとも一部分に亘って入り込んでいる局部酸化特性を呈
する。
【０００８】本発明による装置の重要な例では、第２層
の放射案内材料が非線形光学材料を有するようにする。
このような材料ではウェーブガイドにより伝送される放
射の高調波が発生される結果特にこの放射の周波数２倍
が達成される。非線形光学材料はポリマとするのが好ま
しい。このような材料は廉価であるばかりか、被着する
のに容易である。本発明の半導体装置が、ウェーブガイ
ドに結合された半導体ダイオードレーザをも有する場合
には、効率が良く、コンパクトで、廉価な短波放射源が
得られる。たとえば、0.8 μｍの波長の放射を放出する
ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ半導体ダイオードレーザを用い
ると、0.4 μｍの波長でレーザ放射を放出する本発明装
置が得られる。スペクトルの青部分で放射するレーザ源
は光ディスクシステムに用いるのに極めて適しており、
この場合青色放射のために従来の光ディスクシステムに
おけるよりも著しく大きな情報密度が得られる。本発明
による装置では、第１層の厚さを２〜４μｍの範囲と
し、溝の幅を２〜２０μｍの範囲とし、溝の深さを0.1
〜１μｍの範囲とし、第２層の厚さを約0.1 〜１０μｍ
の範囲とするのが極めて有利である。
の放射案内材料が非線形光学材料を有するようにする。
このような材料ではウェーブガイドにより伝送される放
射の高調波が発生される結果特にこの放射の周波数２倍
が達成される。非線形光学材料はポリマとするのが好ま
しい。このような材料は廉価であるばかりか、被着する
のに容易である。本発明の半導体装置が、ウェーブガイ
ドに結合された半導体ダイオードレーザをも有する場合
には、効率が良く、コンパクトで、廉価な短波放射源が
得られる。たとえば、0.8 μｍの波長の放射を放出する
ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ半導体ダイオードレーザを用い
ると、0.4 μｍの波長でレーザ放射を放出する本発明装
置が得られる。スペクトルの青部分で放射するレーザ源
は光ディスクシステムに用いるのに極めて適しており、
この場合青色放射のために従来の光ディスクシステムに
おけるよりも著しく大きな情報密度が得られる。本発明
による装置では、第１層の厚さを２〜４μｍの範囲と
し、溝の幅を２〜２０μｍの範囲とし、溝の深さを0.1
〜１μｍの範囲とし、第２層の厚さを約0.1 〜１０μｍ
の範囲とするのが極めて有利である。
【０００９】本発明の他の例では、前記の溝を第１の溝
と称して前記の第１層が第１の溝の延在方向に位置する
他の溝すなわち第２の溝を有し、この第２の溝が第１の
溝よりも深く且つ幅広であり、第２の溝がオプトエレク
トロニク素子を収容し、このオプトエレクトロニク素子
の、光学的に活性の領域が第１の溝の高さ位置にあるよ
うにする。第２の溝は比較的幅広である為、この第２の
溝に比較的大きなオプトエレクトロニク素子、たとえば
前述した半導体ダイオードレーザを収容することができ
る。第２の溝を深くすることにより、ウェーブガイドに
対するオプトエレクトロニク素子の活性領域の自動整列
を可能にする。このような半導体装置は製造するのが容
易である。第２の溝は第１の溝と同時に且つ第１の溝の
ように基板の局部酸化により形成するのが好ましい。こ
のようにすると装置の製造がより一層簡単となる。この
目的は、第２の溝の局部酸化に対し第１の溝の場合より
も幅広のマスクを用い、これにより第２の溝に対するマ
スクの下側の珪素が酸化から良好に保護され、第２の溝
が第１の溝よりも幅広で深くなるようにすることにより
達成する。このようにすることにより、本例の断面で見
て、第２の溝の両側における第２層に第１の溝の両側に
おけるよりも大きな厚さ部分に亘って凹所が形成され
る。オプトエレクトロニク素子は半導体ダイオードレー
ザ以外にホトダイオードのような放射検出器又は他のウ
ェーブガイドとすることができる。このような装置はい
わゆる測地学レンズを集積する可能性をも与える。本発
明による装置の他の例では、互いに同じ幅にした或いは
同じ幅にしない２つの溝を設け、これら溝を互いにある
角度で交差させる。このような装置は、ウェーブガイド
の特に低損失の交差を実現しうる可能性を提供する。こ
のような例では、酸化のために用いるマスクの横方向寸
法を幾何学的形状の理由の為に、交差点の領域でウェー
ブガイド上の他のいかなる個所よりも大きくする。この
ことは、交差点の領域におけるマスクによる遮蔽がウェ
ーブガイドの直線部分上よりも良好になるということを
意味する。従って、交差点の領域における溝は交差点の
領域以外よりも幾分深くなる。このことは、このような
交差点における損失が更に減少されるということを意味
する。
と称して前記の第１層が第１の溝の延在方向に位置する
他の溝すなわち第２の溝を有し、この第２の溝が第１の
溝よりも深く且つ幅広であり、第２の溝がオプトエレク
トロニク素子を収容し、このオプトエレクトロニク素子
の、光学的に活性の領域が第１の溝の高さ位置にあるよ
うにする。第２の溝は比較的幅広である為、この第２の
溝に比較的大きなオプトエレクトロニク素子、たとえば
前述した半導体ダイオードレーザを収容することができ
る。第２の溝を深くすることにより、ウェーブガイドに
対するオプトエレクトロニク素子の活性領域の自動整列
を可能にする。このような半導体装置は製造するのが容
易である。第２の溝は第１の溝と同時に且つ第１の溝の
ように基板の局部酸化により形成するのが好ましい。こ
のようにすると装置の製造がより一層簡単となる。この
目的は、第２の溝の局部酸化に対し第１の溝の場合より
も幅広のマスクを用い、これにより第２の溝に対するマ
スクの下側の珪素が酸化から良好に保護され、第２の溝
が第１の溝よりも幅広で深くなるようにすることにより
達成する。このようにすることにより、本例の断面で見
て、第２の溝の両側における第２層に第１の溝の両側に
おけるよりも大きな厚さ部分に亘って凹所が形成され
る。オプトエレクトロニク素子は半導体ダイオードレー
ザ以外にホトダイオードのような放射検出器又は他のウ
ェーブガイドとすることができる。このような装置はい
わゆる測地学レンズを集積する可能性をも与える。本発
明による装置の他の例では、互いに同じ幅にした或いは
同じ幅にしない２つの溝を設け、これら溝を互いにある
角度で交差させる。このような装置は、ウェーブガイド
の特に低損失の交差を実現しうる可能性を提供する。こ
のような例では、酸化のために用いるマスクの横方向寸
法を幾何学的形状の理由の為に、交差点の領域でウェー
ブガイド上の他のいかなる個所よりも大きくする。この
ことは、交差点の領域におけるマスクによる遮蔽がウェ
ーブガイドの直線部分上よりも良好になるということを
意味する。従って、交差点の領域における溝は交差点の
領域以外よりも幾分深くなる。このことは、このような
交差点における損失が更に減少されるということを意味
する。
【００１０】ウェーブガイドを有するオプトエレクトロ
ニク半導体装置を製造するに当たり、酸化珪素を有する
材料の第１層を珪素基板上に設け、この第１層に溝を形
成し、この第１層上に放射案内材料の第２層を設けて前
記の溝の領域にウェーブガイドを形成するようにする本
発明のオプトエレクトロニク半導体装置の製造方法にお
いては、前記の溝を珪素基板の局部酸化により形成し、
この酸化を、酸素を全く或いは殆ど透過しない材料のマ
スクにより局部的に禁止することを特徴とする。この方
法によれば、本発明の装置、すなわち放射損失が極めて
低いウェーブガイドを有する装置を簡単に製造しうる。
更に、この本発明による方法では、これに必要な写真食
刻処理工程を、第１層がまだ存在しないか或いはまだ極
めて薄肉である際に行ないうるという利点がある。その
結果、この処理工程中既知の方法よりも可成り少ない反
射しか生ぜず或いは全く反射が生じないようになる。本
発明による方法の他の利点は、この方法に用いる酸化、
しばしば熱酸化を高度の制御で且つ正確に行ないうると
いうことである。その結果、形成すべき溝の深さを極め
て正確に設定しうる。
ニク半導体装置を製造するに当たり、酸化珪素を有する
材料の第１層を珪素基板上に設け、この第１層に溝を形
成し、この第１層上に放射案内材料の第２層を設けて前
記の溝の領域にウェーブガイドを形成するようにする本
発明のオプトエレクトロニク半導体装置の製造方法にお
いては、前記の溝を珪素基板の局部酸化により形成し、
この酸化を、酸素を全く或いは殆ど透過しない材料のマ
スクにより局部的に禁止することを特徴とする。この方
法によれば、本発明の装置、すなわち放射損失が極めて
低いウェーブガイドを有する装置を簡単に製造しうる。
更に、この本発明による方法では、これに必要な写真食
刻処理工程を、第１層がまだ存在しないか或いはまだ極
めて薄肉である際に行ないうるという利点がある。その
結果、この処理工程中既知の方法よりも可成り少ない反
射しか生ぜず或いは全く反射が生じないようになる。本
発明による方法の他の利点は、この方法に用いる酸化、
しばしば熱酸化を高度の制御で且つ正確に行ないうると
いうことである。その結果、形成すべき溝の深さを極め
て正確に設定しうる。
【００１１】本発明の方法の重要例では、前記の溝を第
１の溝と称して前記の局部酸化中前記の第１層中に他の
溝、すなわち第２の溝を形成し、この第２の溝の形成に
対し第１の溝の形成に対するよりも幅広のマスクを用い
る。この方法によれば、幅及び深さが互いに異なる複数
の溝を簡単に、すなわち１つの同じ処理工程が形成しう
る。これにより半導体ダイオードレーザのような他の大
きなオプトエレクトロニク素子を集積化しうる可能性を
与え、これら素子をウェーブガイドに対し容易に整列し
うるようにする。溝を交差して製造する場合、交差領域
での損失が特に少ないウェーブガイドが形成される。こ
のような装置の種々の変形例は前述した通りである。本
発明の方法の他の例では、珪素基板上に熱酸化によるの
が好ましい薄肉の酸化物を設け、この上に細条状の窒化
珪素マスクを設け、その後と局部的な熱酸化を行ない、
これにより第１層及び溝を形成し、その後マスクを除去
し、第２層を設ける。このような方法では、マスクを基
板上に直接設けた状態に比べて、半導体装置中に生じる
歪みが少なくなる。熱酸化物は幅広のマスクの下側に薄
肉のまま残り、その上に比較的幅広で深い溝が形成され
る。従って、厚肉の熱絶縁層がこのような溝に存在する
場合に生じる悪い熱除去のためにこのような溝に例えば
半導体ダイオードレーザを配置することができくなくな
るということは本発明では生じない。下側に薄肉の酸化
物層のみを有する深い溝を望む場合には、マスクを設け
る前に例えば約１５ｎｍの熱酸化物の層を設け、例えば
約２２０ｎｍの厚さの窒化珪素層でマスクを形成する。
浅い溝の場合、熱酸化物の層の厚さを３０〜３００ｎｍ
の範囲内にし、窒化珪素層の厚さを約１００ｎｍにする
ことができる。上述した適用分野での第２層に対しては
非線形光学材料を選択するのが好ましい。この材料に対
しポリマ溶液を用いる場合には、オプトエレクトロニク
素子が存在すればこれを第２の溝内に挿入した後に第２
層を簡単に、すなわちスピンコーティングにより設ける
ことができる。
１の溝と称して前記の局部酸化中前記の第１層中に他の
溝、すなわち第２の溝を形成し、この第２の溝の形成に
対し第１の溝の形成に対するよりも幅広のマスクを用い
る。この方法によれば、幅及び深さが互いに異なる複数
の溝を簡単に、すなわち１つの同じ処理工程が形成しう
る。これにより半導体ダイオードレーザのような他の大
きなオプトエレクトロニク素子を集積化しうる可能性を
与え、これら素子をウェーブガイドに対し容易に整列し
うるようにする。溝を交差して製造する場合、交差領域
での損失が特に少ないウェーブガイドが形成される。こ
のような装置の種々の変形例は前述した通りである。本
発明の方法の他の例では、珪素基板上に熱酸化によるの
が好ましい薄肉の酸化物を設け、この上に細条状の窒化
珪素マスクを設け、その後と局部的な熱酸化を行ない、
これにより第１層及び溝を形成し、その後マスクを除去
し、第２層を設ける。このような方法では、マスクを基
板上に直接設けた状態に比べて、半導体装置中に生じる
歪みが少なくなる。熱酸化物は幅広のマスクの下側に薄
肉のまま残り、その上に比較的幅広で深い溝が形成され
る。従って、厚肉の熱絶縁層がこのような溝に存在する
場合に生じる悪い熱除去のためにこのような溝に例えば
半導体ダイオードレーザを配置することができくなくな
るということは本発明では生じない。下側に薄肉の酸化
物層のみを有する深い溝を望む場合には、マスクを設け
る前に例えば約１５ｎｍの熱酸化物の層を設け、例えば
約２２０ｎｍの厚さの窒化珪素層でマスクを形成する。
浅い溝の場合、熱酸化物の層の厚さを３０〜３００ｎｍ
の範囲内にし、窒化珪素層の厚さを約１００ｎｍにする
ことができる。上述した適用分野での第２層に対しては
非線形光学材料を選択するのが好ましい。この材料に対
しポリマ溶液を用いる場合には、オプトエレクトロニク
素子が存在すればこれを第２の溝内に挿入した後に第２
層を簡単に、すなわちスピンコーティングにより設ける
ことができる。
【００１２】
【実施例】図面は線図的なものであり、各部の寸法は実
際のものに正比例して描いておらず、特に厚さ方向の寸
法を誇張して描いている。又、各図間で対応する部分に
は同一符号を付してある。
際のものに正比例して描いておらず、特に厚さ方向の寸
法を誇張して描いている。又、各図間で対応する部分に
は同一符号を付してある。
【００１３】図１は本発明によるオプトエレクトニク半
導体装置の一実施例を線図的に示す平面図である。図２
〜４は図１の装置をII−II線、III −III 線及びIV−IV
線上をそれぞれ断面として示す線図的断面図である。こ
の半導体装置はウェーブガイド２０を有しており且つ珪
素半導体基板１を有する半導体本体１０を具えている。
この基板１上には、酸化珪素、この場合二酸化珪素を有
する材料より成り溝（第１の溝）３が形成されている第
１層２と、溝３の領域でウェーブガイド２０を形成する
放射案内材料より成る第２層４とがこの順序で存在して
いる。本発明によれば、溝３及び第１層２の一部分を、
珪素半導体基板１を局部酸化することにより形成する。
この局部酸化の結果、既知の装置におけるようにエッチ
ングにより形成した場合よりも溝３の底部及び側壁が滑
らかとなる。溝３内での第１層２の表面が滑らかである
為、ウェーブガイド２０の壁部における放射３０の散乱
が少なくなり、放射損失が低くなる。図３の断面図は、
厚さの一部に亘って基板中に局部的に入り込んでいる酸
化物層２の局部酸化特性を示す。本発明による装置は更
に、製造するのが容易であるという利点を有する。本例
では、放射案内層４が非線形の光学材料を有し、この場
合この光学材料は図７に示す組成のポリマの形態とし、
モル分率ｘ及びｙは双方共 0.5に等しく、平均分子量は
約１５０００である。このポリマ物質やその他の適切な
ポリマ物質及びこれらの製造方法は米国特許第５００６
７２９号明細書に開示されている。本発明による装置は
周波数２倍に極めて適し、従って通常よりも波長が著し
く短い放射で動作させる光ディスクシステムに用いう
る。ポリマはスピンコーティグによって設けうる為、装
置の製造が簡単となる。放射案内層４の厚さは約２μｍ
である。本例では、溝３の幅を約５μｍ、溝３の深さを
約 0.3μｍ、溝３の長さを約８ｍｍ、第１層２の厚さを
溝３に隣接する個所で約４μｍで溝３の下側で約 3.4μ
ｍとする。本例では、第１層２が第２の溝と称する他の
溝５を有し、この第２の溝は第１の溝３の延在方向にあ
り、第１の溝よりも深く且つ幅広であり、オプトエレク
トロニク素子４０、この場合ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ半
導体ダイオードレーザ４０を有している。この場合、活
性層６０の中心にある半導体ダイオードレーザの光学的
に活性な領域５０はウェーブガイド２０が位置する第１
の溝３の位置レベルにある。このような装置では、オプ
トエレクトロニク素子が集積化され、且つ第１の溝３及
び第２の溝５の深さを適切に選択することによりオプト
エレクトニク素子が簡単に自動的に整列される。本例の
第２の溝５も基板１を局部酸化することにより第１の溝
３と同時に形成する。このようにすることによりこのよ
うな装置の製造を一層簡単化する。第２の溝５の幅及び
深さを第１の溝３よりも大きくするのは（図２，３及び
４参照）、局部酸化に対して第１の溝３の領域における
よりも第２の溝５の領域において広いマスクを用いるこ
とにより簡単に実現しうる。この場合、ダイオードレー
ザ４０には金を有する２つの導電層４１，４２が設けら
れており、このダイオートレーザは通常のようにして、
例えばはんだ付けにより、金を有する金属化層４３上に
設けられ、接続ワイヤ（図示せず）により電圧源の極に
接続される。導電層４１の接続は基板１を介して行なう
こともできる。この場合には、この目的のために、例え
ば溝５の底部で第１層２にあけた窓を介して金属化層４
３を珪素半導体基板１に接続する。本例での第２の溝５
の幅は約１ｍｍ、長さは約２ｍｍ、深さは約２μｍと
し、この第２の溝５に隣接する個所での第１層２の厚さ
は第１の溝に隣接する個所と同様に約４μｍとし、第２
の溝５の下側でのこの第２の溝５の厚さは約0.1 μｍと
する。ダイオーレーザ４０の寸法は約３００×３００μ
ｍ2 である。レーザ４０の高さは約１５０μｍであり、
活性層６０は第２の溝５の底部よりも約３μｍ上の位置
にあり、従って第１の溝３中のウェーブガイド２０の位
置レベルにある。この場合第１の溝３と第２の溝５とは
互いに直接連結されており、半導体ダイオードレーザ４
０はこれらの溝間の遷移部からわずかな距離、この場合
ほぼ数ミクロンの位置にある。溝の深さはこれら２つの
溝間の遷移部付近で徐々に変化している。このことは、
２つの溝をある角度で交差させる場合につき前述したの
と同じ効果に基づいている。
導体装置の一実施例を線図的に示す平面図である。図２
〜４は図１の装置をII−II線、III −III 線及びIV−IV
線上をそれぞれ断面として示す線図的断面図である。こ
の半導体装置はウェーブガイド２０を有しており且つ珪
素半導体基板１を有する半導体本体１０を具えている。
この基板１上には、酸化珪素、この場合二酸化珪素を有
する材料より成り溝（第１の溝）３が形成されている第
１層２と、溝３の領域でウェーブガイド２０を形成する
放射案内材料より成る第２層４とがこの順序で存在して
いる。本発明によれば、溝３及び第１層２の一部分を、
珪素半導体基板１を局部酸化することにより形成する。
この局部酸化の結果、既知の装置におけるようにエッチ
ングにより形成した場合よりも溝３の底部及び側壁が滑
らかとなる。溝３内での第１層２の表面が滑らかである
為、ウェーブガイド２０の壁部における放射３０の散乱
が少なくなり、放射損失が低くなる。図３の断面図は、
厚さの一部に亘って基板中に局部的に入り込んでいる酸
化物層２の局部酸化特性を示す。本発明による装置は更
に、製造するのが容易であるという利点を有する。本例
では、放射案内層４が非線形の光学材料を有し、この場
合この光学材料は図７に示す組成のポリマの形態とし、
モル分率ｘ及びｙは双方共 0.5に等しく、平均分子量は
約１５０００である。このポリマ物質やその他の適切な
ポリマ物質及びこれらの製造方法は米国特許第５００６
７２９号明細書に開示されている。本発明による装置は
周波数２倍に極めて適し、従って通常よりも波長が著し
く短い放射で動作させる光ディスクシステムに用いう
る。ポリマはスピンコーティグによって設けうる為、装
置の製造が簡単となる。放射案内層４の厚さは約２μｍ
である。本例では、溝３の幅を約５μｍ、溝３の深さを
約 0.3μｍ、溝３の長さを約８ｍｍ、第１層２の厚さを
溝３に隣接する個所で約４μｍで溝３の下側で約 3.4μ
ｍとする。本例では、第１層２が第２の溝と称する他の
溝５を有し、この第２の溝は第１の溝３の延在方向にあ
り、第１の溝よりも深く且つ幅広であり、オプトエレク
トロニク素子４０、この場合ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ半
導体ダイオードレーザ４０を有している。この場合、活
性層６０の中心にある半導体ダイオードレーザの光学的
に活性な領域５０はウェーブガイド２０が位置する第１
の溝３の位置レベルにある。このような装置では、オプ
トエレクトロニク素子が集積化され、且つ第１の溝３及
び第２の溝５の深さを適切に選択することによりオプト
エレクトニク素子が簡単に自動的に整列される。本例の
第２の溝５も基板１を局部酸化することにより第１の溝
３と同時に形成する。このようにすることによりこのよ
うな装置の製造を一層簡単化する。第２の溝５の幅及び
深さを第１の溝３よりも大きくするのは（図２，３及び
４参照）、局部酸化に対して第１の溝３の領域における
よりも第２の溝５の領域において広いマスクを用いるこ
とにより簡単に実現しうる。この場合、ダイオードレー
ザ４０には金を有する２つの導電層４１，４２が設けら
れており、このダイオートレーザは通常のようにして、
例えばはんだ付けにより、金を有する金属化層４３上に
設けられ、接続ワイヤ（図示せず）により電圧源の極に
接続される。導電層４１の接続は基板１を介して行なう
こともできる。この場合には、この目的のために、例え
ば溝５の底部で第１層２にあけた窓を介して金属化層４
３を珪素半導体基板１に接続する。本例での第２の溝５
の幅は約１ｍｍ、長さは約２ｍｍ、深さは約２μｍと
し、この第２の溝５に隣接する個所での第１層２の厚さ
は第１の溝に隣接する個所と同様に約４μｍとし、第２
の溝５の下側でのこの第２の溝５の厚さは約0.1 μｍと
する。ダイオーレーザ４０の寸法は約３００×３００μ
ｍ2 である。レーザ４０の高さは約１５０μｍであり、
活性層６０は第２の溝５の底部よりも約３μｍ上の位置
にあり、従って第１の溝３中のウェーブガイド２０の位
置レベルにある。この場合第１の溝３と第２の溝５とは
互いに直接連結されており、半導体ダイオードレーザ４
０はこれらの溝間の遷移部からわずかな距離、この場合
ほぼ数ミクロンの位置にある。溝の深さはこれら２つの
溝間の遷移部付近で徐々に変化している。このことは、
２つの溝をある角度で交差させる場合につき前述したの
と同じ効果に基づいている。
【００１４】本発明によれば、上述したオプトエレクト
ロニク半導体装置を以下のようにして製造する（図５及
び６をも参照のこと）。出発材料はこの場合（００１）
配向を有する単結晶ｐ型珪素の基板１とする。この基板
上に、酸化珪素を有する材料の薄肉層２′、この場合約
４０ｎｍの厚さの二酸化珪素層を、本例では例えば熱酸
化により設ける（図５参照）。本発明によれば、次に二
酸化珪素層上に、酸素を殆ど透過しない層８０、この場
合約１００ｎｍの厚さの窒化珪素層を細条状マスクとし
て設ける。この場合約５μｍの幅のこのマスクを、形成
すべき第１の溝３の領域に写真食刻技術により形成す
る。次に（図６参照）、酸化珪素を有する材料、この場
合二酸化珪素の第１層２（この第１層は二酸化珪素の薄
肉層２′を含む）を珪素半導体基板１の局部酸化により
形成するとともに第１の溝３を形成する。この酸化は窒
化珪素マスク８０により局部的に禁止される。本発明に
よる本例の方法では、第２の溝５を同じく極部酸化によ
り第１の溝３と同時に形成し、この第２の溝５を第１の
溝３の延長方向に位置させるとともに第１の溝３よりも
幅広で深くする。この目的のために、窒化珪素マスク９
０（図１参照）を窒化珪素マスク８０と同時に設ける。
マスク９０も細条状とし、マスク８０よりも幅広にし、
この場合約１ｍｍの幅とする。このマスク９０はマスク
８０の延長線上で形成すべき第２の溝５の領域に設け
る。溝３及び５は、マスク８０及び９０を互いに隣接さ
せることによりなだらかな傾斜を付して互いに連結す
る。次に、マスク８０及び９０をエッチングにより除去
し、金属化層４３とオプトエレクトロニク素子40、この
場合導電層４１，４２が設けられているダイオードレー
ザとを第２の溝５内に設ける。次に、放射案内材料の第
２層４を、この場合図７に示す組成のポリマ材料の溶液
をスピンコーティングすることにより設ける。この第２
層４は第１の溝３の領域でウェーブガイド２０（図２参
照）を構成する。この方法により本発明による装置、す
なわちウェーブガイド２０が極めて滑らかな壁部及び底
部を有するようにした装置が得られるという事実に加え
て、この方法によれば、この方法が簡単となり、写真食
刻中反射が全く或いは殆ど生ぜず、溝３の幅及び深さを
自由に従って正確に調整しうるという利点が得られる。
第２層４を設け、金属化層４３の領域でこの第２層に孔
をあけた後、層４３及び４２を例えば接続ワイヤ（図示
せず）により電圧源（図示せず）に接続する。珪素半導
体基板１を剪開した後、図１に示す本発明による装置が
得られ、その寸法は約0.5 ×１ｃｍ2 である。
ロニク半導体装置を以下のようにして製造する（図５及
び６をも参照のこと）。出発材料はこの場合（００１）
配向を有する単結晶ｐ型珪素の基板１とする。この基板
上に、酸化珪素を有する材料の薄肉層２′、この場合約
４０ｎｍの厚さの二酸化珪素層を、本例では例えば熱酸
化により設ける（図５参照）。本発明によれば、次に二
酸化珪素層上に、酸素を殆ど透過しない層８０、この場
合約１００ｎｍの厚さの窒化珪素層を細条状マスクとし
て設ける。この場合約５μｍの幅のこのマスクを、形成
すべき第１の溝３の領域に写真食刻技術により形成す
る。次に（図６参照）、酸化珪素を有する材料、この場
合二酸化珪素の第１層２（この第１層は二酸化珪素の薄
肉層２′を含む）を珪素半導体基板１の局部酸化により
形成するとともに第１の溝３を形成する。この酸化は窒
化珪素マスク８０により局部的に禁止される。本発明に
よる本例の方法では、第２の溝５を同じく極部酸化によ
り第１の溝３と同時に形成し、この第２の溝５を第１の
溝３の延長方向に位置させるとともに第１の溝３よりも
幅広で深くする。この目的のために、窒化珪素マスク９
０（図１参照）を窒化珪素マスク８０と同時に設ける。
マスク９０も細条状とし、マスク８０よりも幅広にし、
この場合約１ｍｍの幅とする。このマスク９０はマスク
８０の延長線上で形成すべき第２の溝５の領域に設け
る。溝３及び５は、マスク８０及び９０を互いに隣接さ
せることによりなだらかな傾斜を付して互いに連結す
る。次に、マスク８０及び９０をエッチングにより除去
し、金属化層４３とオプトエレクトロニク素子40、この
場合導電層４１，４２が設けられているダイオードレー
ザとを第２の溝５内に設ける。次に、放射案内材料の第
２層４を、この場合図７に示す組成のポリマ材料の溶液
をスピンコーティングすることにより設ける。この第２
層４は第１の溝３の領域でウェーブガイド２０（図２参
照）を構成する。この方法により本発明による装置、す
なわちウェーブガイド２０が極めて滑らかな壁部及び底
部を有するようにした装置が得られるという事実に加え
て、この方法によれば、この方法が簡単となり、写真食
刻中反射が全く或いは殆ど生ぜず、溝３の幅及び深さを
自由に従って正確に調整しうるという利点が得られる。
第２層４を設け、金属化層４３の領域でこの第２層に孔
をあけた後、層４３及び４２を例えば接続ワイヤ（図示
せず）により電圧源（図示せず）に接続する。珪素半導
体基板１を剪開した後、図１に示す本発明による装置が
得られ、その寸法は約0.5 ×１ｃｍ2 である。
【００１５】本発明は上述した実施例に限定されず、種
々の変形例が可能であること勿論である。例えば、実施
例で記載したのとは異なるポリマ材料を用いることがで
きる。又、放射案内層を形成するのにニオブ酸リチウム
のような無機物質を用いることができる。
々の変形例が可能であること勿論である。例えば、実施
例で記載したのとは異なるポリマ材料を用いることがで
きる。又、放射案内層を形成するのにニオブ酸リチウム
のような無機物質を用いることができる。
【図１】本願によるオプトエレクトロニク半導体装置の
一実施例を線図的に示す平面図である。
一実施例を線図的に示す平面図である。
【図２】図１のII−II線上を断面として線図的に示す断
面図である。
面図である。
【図３】図１のIII −III 線上を断面として線図的に示
す断面図である。
す断面図である。
【図４】図１のIV−IV線上を断面として線図的に示す断
面図である。
面図である。
【図５】図１に示す装置の一製造工程を図１のII−II線
上を断面として線図的に示す断面図である。
上を断面として線図的に示す断面図である。
【図６】図１に示す装置の他の一製造工程を図１のII−
II線上を断面として示す断面図である。
II線上を断面として示す断面図である。
【図７】図１の装置のポリマ材料の組成の化学式を示す
説明図である。
説明図である。
１ 半導体基板 ２ 第１層（酸化物層） ３ 第１の溝 ４ 第２層（放射案内層） ５ 第２の溝 10 半導体本体 20 ウェーブガイド 30 放射 40 オプトエレクトロニク素子（半導体ダイオードレー
ザ） 41，42 導電層 43 金属化層 50 光学的に活性な領域 60 活性層 80，90 窒化珪素マスク
ザ） 41，42 導電層 43 金属化層 50 光学的に活性な領域 60 活性層 80，90 窒化珪素マスク
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 33/00 Ｍ (56)参考文献 特開 平２−203305（ＪＰ，Ａ) ＩＥＥＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＱＵ ＡＮＴＵＭ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＮＣＳ, ＶＯＬ．３，ＭＡＲ 1991，Ｐ．778−787 ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ ＬＥ ＴＴＥＲＳ，ＶＯＬ．58，ＮＯ．９，ＭＡ Ｒ 1991，Ｐ．884−886
Claims (12)
- 【請求項１】 ウェーブガイド（20）を有するオプトエ
レクトロニク半導体装置であって、この半導体装置は珪
素基板（１）を有する半導体本体（10）を具え、この珪
素基板上に、酸化珪素を有する材料より成り溝（３）を
有する第１層（２）と、前記の溝（３）の区域で前記の
ウェーブガイド（20）を形成する放射案内材料の第２層
（４）とがこの順序で設けられている当該オプトエレク
トロニク半導体装置において、 前記の溝（３）と前記の第１層（２）の一部分とが珪素
基板（１）の局部酸化により形成されており、前記の第
１層（２）がその厚さの少なくとも一部に亘って且つ前
記の溝（３）の両側で珪素基板（１）内に入り込んでい
ることを特徴とするオプトエレクトロニク半導体装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載のオプトエレクトロニク
半導体装置において、前記の放射案内材料が非線形光学
材料を有していることを特徴とするオプトエレクトロニ
ク半導体装置。 - 【請求項３】 請求項１又は２に記載のオプトエレクト
ロニク半導体装置において、前記の放射案内材料が有機
ポリマを有していることを特徴とするオプトエレクトロ
ニク半導体装置。 - 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか一項に記載のオ
プトエレクトロニク半導体装置において、前記の溝
（３）の外部の第１層（２）の厚さを約２〜４μｍの範
囲とし、前記の溝（３）の幅を約２〜２０μｍの範囲と
し、前記の溝(3)の深さを約0.1 〜１μｍの範囲とし、
前記の第２層（４）の厚さを約0.1 〜１０μｍの範囲と
したことを特徴とするオプトエレクトロニク半導体装
置。 - 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか一項に記載のオ
プトエレクトロニク半導体装置において、前記の溝(3)
を第１の溝（３）と称して前記の第１層(2)が第１の溝
（３）の延在方向に位置する他の溝（５）すなわち第２
の溝（５）を有し、この第２の溝（５）が第１の溝
（３）よりも深く且つ幅広であり、第２の溝（５）がオ
プトエレクトロニク素子（40）を収容し、このオプトエ
レクトロニク素子の、光学的に活性の領域（50）がウェ
ーブガイド（20）の高さ位置にあることを特徴とするオ
プトエレクトロニク半導体装置。 - 【請求項６】 請求項１〜４のいずれか一項に記載のオ
プトエレクトロニク半導体装置において、前記の溝(3)
を第１の溝(3)と称して前記の第１層(2)が、第１の溝
（３）に連結された他の溝（５）、すなわち第２の溝
（５）を有していることを特徴とするオプトエレクトロ
ニク半導体装置。 - 【請求項７】 請求項５又は６に記載のオプトエレクト
ロニク半導体装置において、前記の第２の溝（５）も珪
素基板（１）の局部酸化により且つ第１の溝（３）と同
時に形成されていることを特徴とするオプトエレクトロ
ニク半導体装置。 - 【請求項８】 請求項１〜７のいずれか一項に記載のオ
プトエレクトロニク半導体装置において、このオプトエ
レクトロニク半導体装置が半導体ダイオードレーザを有
していることを特徴とするオプトエレクトロニク半導体
装置。 - 【請求項９】 ウェーブガイド（20）を有するオプトエ
レクトロニク半導体装置を製造するに当たり、酸化珪素
を有する材料の第１層（２）を珪素基板(1)上に設け、
この第１層（２）に溝（３）を形成し、この第１層
（２）上に放射案内材料の第２層（４）を設けて前記の
溝（３）の領域にウェーブガイド（20）を形成するよう
にするオプトエレクトロニク半導体装置の製造方法にお
いて、 前記の溝(3)と前記の第１層（２）の一部分とを珪素基
板（１）の局部酸化により酸化領域内で形成し、この酸
化を、酸素を殆ど透過しない材料のマスク(80)により酸
化領域内で局部的に禁止することを特徴とするオプトエ
レクトロニク半導体装置の製造方法。 - 【請求項１０】 請求項９に記載のオプトエレクトロニ
ク半導体装置の製造方法において、前記の溝（３）を第
１の溝（３）と称して前記の局部酸化中前記の第１層
（２）中に他の溝（５）、すなわち第２の溝（５）を形
成し、この第２の溝（５）の形成に対し第１の溝（３）
の形成に対するよりも幅広のマスク(80)を用いることを
特徴とするオプトエレクトロニク半導体装置の製造方
法。 - 【請求項１１】 請求項９に記載のオプトエレクトロニ
ク半導体装置の製造方法において、前記の溝（３）を第
１の溝（３）と称して前記の局部酸化中前記の第１層
（２）中に他の溝（５）、すなわち第２の溝（５）を形
成し、この第２の溝（５）をある角度で第１の溝（３）
に交差させるようにすることを特徴とするオプトエレク
トロニク半導体装置の製造方法。 - 【請求項１２】 請求項９〜11のいずれか一項に記載の
オプトエレクトロニク半導体装置の製造方法において、
珪素基板（１）上に熱酸化による薄肉の酸化物を設け、
この上に細条状の窒化珪素マスク（80）を設け、その後
局部的な熱酸化を行ない、これにより第１層（２）及び
溝（３）を形成し、その後マスク(80)を除去し、第２層
（４）を設けることを特徴とするオプトエレクトロニク
半導体装置の製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL91202606:9 | 1991-10-08 | ||
| EP91202606 | 1991-10-08 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05226787A JPH05226787A (ja) | 1993-09-03 |
| JPH07112100B2 true JPH07112100B2 (ja) | 1995-11-29 |
Family
ID=8207930
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26739092A Expired - Fee Related JPH07112100B2 (ja) | 1991-10-08 | 1992-10-06 | オプトエレクトロニク半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5360982A (ja) |
| EP (1) | EP0536829B1 (ja) |
| JP (1) | JPH07112100B2 (ja) |
| DE (1) | DE69217318T2 (ja) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4304993A1 (de) * | 1993-02-18 | 1994-08-25 | Sel Alcatel Ag | Verfahren zur Herstellung eines kaskadierten optischen Raumschalters und nach diesem Verfahren hergestellter kaskadierter optischer Raumschalter |
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