JPH07174931A - 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

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JPH07174931A JP32064293A JP32064293A JPH07174931A JP H07174931 A JPH07174931 A JP H07174931A JP 32064293 A JP32064293 A JP 32064293A JP 32064293 A JP32064293 A JP 32064293A JP H07174931 A JPH07174931 A JP H07174931A
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 InP基板1上にInGaAspガイド層
2、InP第1クラッド層3、InP埋め込み兼クラッ
ド層4を形成し、ガイド層2の幅及び高さが導波方向で
テーパー形状であり、かつ、埋め込み兼クラッド層4の
幅が導波方向でテーパー形状であり、一方の端面では埋
め込み構造、他方の端面ではリッジ構造である。 【効果】 リッジ構造半導体光デバイスと光ファイバー
また埋め込み構造半導体光デバイスとの結合効率を改善
する。また、選択成長技術を用いてガイド層・クラッド
層を形成しており、エッチング工程を含まないため、プ
ラズマダメージや側壁荒れによる散乱損失を抑制するこ
とができ、また、MO−CVD選択成長技術によってガ
イド層を作製しているため、所望のテーパー形状の幅・
高さを再現性良く実現でき、歩留まりが良く、集積に適
している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体光デバイスを光
ファイバーに高効率に光結合させる、或はビ−ム形状の
異なる半導体光デバイスを高効率に光結合させるための
テーパー形状半導体光導波路の構造及び製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】半導体レーザ、半導体光変調器、半導体
光アンプ、半導体受光器等の半導体光デバイスは光通信
システムのキーデバイスとして各研究機関で盛んに研究
が進められている。この様な半導体光デバイスを光通信
網に適応する場合、光ファイバーに接合することが一般
的である。しかしながら、通常の半導体光デバイスのビ
ーム形状はファイバーのビーム形状と大きく異なるた
め、光ファイバーと半導体光デバイス間の結合損失が大
きいという問題があった。特に半導体光デバイスがリッ
ジ構造の場合、積層方向の光の閉じ込めに比べ積層方向
に垂直な方向の光の閉じ込めが強く、これがビーム形状
の非対称性の原因となり結合損失が大きくなるという問
題があった。また、近年半導体レーザと半導体光変調器
をモノリシックに集積する等の半導体光集積回路の研究
も行われているが、集積された各半導体光デバイスの導
波構造はリッジ構造と埋め込み構造が混在する場合もあ
る。この場合には、各半導体光デバイスを接続する部分
で結合損失が生ずるという問題があった。
【0003】以上述べた問題を解決する従来技術として
は、半導体光導波路のガイド層の形状を除々に変化させ
テーパー形状した、高効率で光結合を行う埋め込み構造
半導体導波路が、公開特許公報「特開平4−30880
3号公報」に報告されている。埋め込み構造半導体光デ
バイスの場合ビ−ム形状の非対称性が小さいため、ビー
ム形状さえ拡大すれば光ファイバーとの結合損失は低減
される。
【0004】しかしながらリッジ構造の半導体光デバイ
スはビーム形状の非対称性が強いため、従来の埋め込み
構造のテーパー形状半導体光導波路を用いても結合損失
は殆ど低減されなかった。
【0005】さらに、従来のエッチングを用いる方法で
導波構造をリッジ構造から埋め込み構造へと変えるのは
非常に困難であった。また従来の製造方法では、ガイド
層の幅及び高さを反応性イオンエッチング(RIE)法
により加工しており、プラズマダメージが直接ガイド層
に導入されるという問題があった。また、ガイド層の高
さはエッチングレートのガイド層幅依存性によって制御
しており、ガイド層の高さの制御が難しく、所望のテー
パー形状にガイド層の高さを再現性良く実現するのは困
難であった。この様に、リッジ構造の半導体光デバイス
との接続に適した構造と製造方法という点において解決
すべき問題があった。
【0006】
【課題を解決するための手段】上述の問題点を解決する
ために、本発明による半導体光導波路は、半導体基板上
に少なくとも、前記半導体基板より屈折率の高い半導体
ガイド層、前記半導体ガイド層より屈折率の低い半導体
クラッド層、前記半導体ガイド層より屈折率の低い半導
体埋め込み兼クラッド層から構成され、前記ガイド層の
幅及び高さが導波方向でテーパー形状であり、かつ、前
記埋め込み兼クラッド層の幅が導波方向で逆テーパー形
状であり、一方の端面では埋め込み構造、他方の端面で
はリッジ構造であることを特徴とする。
【0007】本発明による半導体光導波路の製造方法
は、半導体基板上にSiO2 膜を全面に堆積する工程
と、SiO2 膜を選択成長用のマスクとするためフォト
リソグラフィ法を用いて一対のストライプ形状マスクに
加工する工程と、少なくとも半導体ガイド層、半導体ク
ラッド層をMO−CVD法により順次前記一対のストラ
イプ形状マスクの空隙部に選択成長する第1の選択成長
工程と、SiO2 膜を除去する工程と、新たにSiO2
膜を堆積する工程と、SiO2 膜を第2の選択成長様の
マスクとするためにフォトリソグラフィ法を用いて一対
のストライプ形状マスクに加工する工程と、MO−CV
D法により、少なくとも半導体埋め込み兼クラッド層を
選択成長する第2の選択成長工程とを含み、第1の選択
成長工程で用いるマスクの幅及び空隙が共に一方の端面
から他方の端面に向かって広がるテーパー形状であり、
かつ、第2の選択成長工程に用いるマスクの空隙が第1
の選択成長工程で用いるマスクの空隙と導波方向に対し
て180度反対方向に広がるテーパー形状であることを
特徴とする。
【0008】
【作用】本発明では、導波構造がリッジ構造から埋め込
み構造へと除々に変化しており、リッジ構造半導体光デ
バイスと光ファイバーとの結合効率の改善が可能であ
り、また、リッジ構造半導体光デバイスと埋め込み構造
半導体光デバイスとの結合効率も改善可能である。
【0009】また、本発明では、選択成長技術を用いて
ガイド層や埋め込み兼クラッド層を形成しており、従来
技術のようなエッチング工程を含まないためプラズマダ
メージや側壁荒れによる散乱損失を抑制することができ
る。また、MO−CVD選択成長技術によってガイド層
を作製しているため、所望のテーパー形状の幅・高さを
再現性良く実現することは容易であり、集積に適してい
る。
【0010】
【実施例】図1は、本発明による半導体光導波路の第1
の実施例を示す構造断面図である。InP基板1上に、
InGaAsPガイド層2、InPクラッド層3が順次
積層され、さらにInP埋め込み層兼クラッド層4が積
層されており、一方の端面はリッジ構造、他方の端面は
埋め込み構造となっている。また、ガイド層の幅及び厚
さは、リッジ構造端面5から埋め込み構造端面6へ行く
にしたがって除々に狭くなっいく構造となっている。
【0011】本発明による製造方法は、まず、InP基
板1上にSiO2 膜を全面に堆積した後、第1の選択成
長用マスクとするため、フォトリソグラフィ法を用いて
SiO2 膜を加工する。SiO2 膜の加工形状は、図2
(a)に示すSiO2 マクス21のように、リッジ構造
端面5側でマスク幅23を30μm程度、マスクの空隙
23を2μm程度とする。一方、埋め込み構造端面6側
ではマスク幅22を5μm程度、マスクの空隙23を
0.2μm程度とする。この間のマスク幅22及びマス
クの空隙23はリッジ構造端面5側から埋め込み構造端
面6側へ除々に狭くなるようにする。この後、MO−C
VD法によりInGaAsPガイド層2を選択成長す
る。この選択成長では、マスク幅が狭くなることによ
り、選択成長されるガイド層2の厚さが薄くなり、同時
にマスクの空隙23が狭くなることによりガイド層も狭
くなる。次に、このSiO2 マスク21を除去した後、
再びSiO2 膜を全面に堆積し、第2の選択成長用Si
2 マスクとするため、フォトリソグラフィ法を用いて
SiO2 膜を加工する。第2のSiO2 マスクの加工形
状は、図2(b)に示すSiO2 マスク26のように、
リッジ構造端面5側ではマスク幅26を2μm程度、マ
スクの空隙27も2μm程度とする。一方、埋め込み構
造端面6側ではマスク幅26を30μm程度、マスクの
空隙27を6μm程度とする。この間のマスク幅26及
びマスクの空隙27はリッジ構造端面5側から埋め込み
構造端面6側は除々に広くなるようにする。最後に、I
nP埋め込み層兼クラッド層4をMO−CVD法によっ
て成長する。この選択成長でもマスク幅25が広くなる
ことにより選択成長されるInP埋め込み兼クラッド層
厚4が厚くなり、同時にマスクの空隙27が広くなるこ
とにより導波構造がリッジ構造から埋め込み構造へと除
々に変化している。
【0012】本発明では、ガイド層の層厚とガイド幅が
一方の端面と他方の端面とで異なっており、また、一方
の端面か他方の端面へ行くにしたがってリッジ構造から
埋め込み構造へと除々に変化している。従って、光導波
部のガイド層幅及び厚さが除々に狭く・薄くなることに
より、光の閉じ込めが除々に弱くなり、ビーム形状が広
がる構造となっている。これによって、リッジ構造の半
導体光デバイスのビーム形状が光ファイバーのビーム形
状へ変化する。従って、リッジ構造半導体光デバイスと
光ファイバーとの光結合を高効率に行うことできる。
【0013】また、本発明では、ガイド層の厚さと幅を
除々に変化している構造、および埋め込み層の厚さと幅
も除々に変化している構造を、それぞれMO−CVDに
よる一括選択成長を用いて製造しており、プラズマダメ
ージや側壁荒れによる損失が避けられる上に、再現性に
優れる製造方法であり、歩留まり良く又集積に適した方
法である。
【0014】尚、本実施例では、第2の選択成長用マス
クのマスク幅26をテーパー形状としたがこれに限るわ
けではなく、単純な平行四辺形形状であってもよい。本
実施例では、リッジ構造半導体光デバイスと光ファイバ
ーとの光結合を高効率に行う場合の実施例であったがこ
れに限るわけではない。例えば、本発明では導波構造が
リッジ構造から埋め込み構造に変化しており、リッジ構
造半導体光デバイスと埋め込み構造半導体光デバイスの
光結合を高効率に行う場合でも本発明は適用可能である
ことは言うまでもない。
【0015】
【発明の効果】以上述べたように、本発明では、リッジ
構造半導体光デバイスのビーム形状から光ファイバーの
ビーム形状へと近づけている、もしくは、リッジ構造半
導体光デバイスのビーム形状から埋め込み構造半導体光
デバイスのビーム形状へと近づけており、リッジ構造半
導体光デバイスと光ファイバイーの結合損失、もしく
は、リッジ構造半導体光デバイスと埋め込み構造半導体
光デバイスとの結合損失が低減できる。また本発明で
は、選択成長技術を用いてガイド層・クラッド層を形成
しており、エッチング工程を含まないため、プラズマダ
メージや側壁荒れによる散乱損失を抑制することでき
る。また、MO−CVD選択成長技術によってガイド層
を作製しているため、所望のテーパー形状の幅・高さを
再現性良く実現することは容易であり、歩留まりが良
く、また、集積に適している製造方法である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例である半導体光スイッチ
の構造を示す斜視図である。
【図2】本発明による第1の実施例の製造工程で用いる
ための選択成長用マスク形状を示したものである。
【符号の説明】 1 InP基板 2 InGaAsPガイド層 3 InPクラッド層 4 InP埋め込み兼クラッド層 5 リッジ構造端面 6 埋め込み構造端面 21 第1のSiO2 マスク 22 マスク幅 23 マスクの空隙 25 第2のSiO2 マスク 26 マスク幅 27 マスクの空隙

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に少なくとも、前記半導体
    基板より屈折率の高い半導体ガイド層、前記半導体ガイ
    ド層より屈折率の低い半導体クラッド層、前記半導体ガ
    イド層より屈折率の低い半導体埋め込み兼クラッド層か
    ら構成され、前記ガイド層の幅及び高さが導波方向でテ
    ーパー形状であり、かつ、前記埋め込み兼クラッド層の
    幅が導波方向で逆テーパー形状であり、一方の端面では
    埋め込み構造、他方の端面ではリッジ構造であることを
    特徴とする半導体光導波路。
  2. 【請求項2】 半導体基板上にSiO2 膜を全面に堆積
    する工程と、SiO2 膜を選択成長用のマスクとするた
    めフォトリソグラフィ法を用いて一対のストライプ形状
    マスクに加工する工程と、少なくとも半導体ガイド層、
    半導体クラッド層を有機金属気相成長法(MO−CVD
    法)により順次前記一対のストライプ形状マスク空隙部
    に選択成長する第1の選択成長工程と、SiO2 膜を除
    去する工程と、新たにSiO2 膜を堆積する工程と、S
    iO2 膜を第2の選択成長用のマスクとするためにフォ
    トリソグラフィ法を用いて一対のストライプ形状マスク
    に加工する工程と、MO−CVD法により、少なくとも
    半導体埋め込み兼クラッド層を選択成長する第2の選択
    成長工程とを含み、第1の選択成長工程で用いるマスク
    の幅及び空隙が共に一方の端面から他方の端面に向かっ
    て広がるテーパー形状であり、かつ、第2の選択成長工
    程に用いるマスクの空隙が第1の選択成長工程で用いる
    マスクの空隙と導波方向に対して180度反対方向に広
    がるテーパー形状であることを特徴とする半導体光導波
    路の製造方法。
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