JPH0799370A - 半導体光導波路 - Google Patents
半導体光導波路Info
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- JPH0799370A JPH0799370A JP10998294A JP10998294A JPH0799370A JP H0799370 A JPH0799370 A JP H0799370A JP 10998294 A JP10998294 A JP 10998294A JP 10998294 A JP10998294 A JP 10998294A JP H0799370 A JPH0799370 A JP H0799370A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 短波長光を高効率に閉じ込めることのできる
II−VI族化合物半導体光導波路を提供する。 【構成】 II族元素ならびにVI族元素で形成されたII−
VI族化合物半導体で構成されたII−VI族化合物半導体光
導波路であって、導波層とこれを両面から挟むクラッド
層を形成し、且つ導波層の屈折率をクラッド層より大き
くし、またクラッド層の少なくとも一方の構成元素とし
てカドミウムを含ましめる。その際、さらに、前記導波
層を挟む２つのクラッド層の屈折率を互いに異ならし
め、その場合、前記導波層が隣接する少なくとも２層か
らなり、且つそれらの界面で屈折率が階段状に変化する
か、またはクラッド層に隣接する少なくとも１層の導波
層の屈折率が傾斜状に変化するか、もしくは前記クラッ
ド層と導波層との間に超格子層が形成されるか、のいず
れかを付加する構成とすることもできる。または前記構
成において、２つ以上の導波層と該導波層の各々を両面
から挟むようクラッド層を形成しても良い。
II−VI族化合物半導体光導波路を提供する。 【構成】 II族元素ならびにVI族元素で形成されたII−
VI族化合物半導体で構成されたII−VI族化合物半導体光
導波路であって、導波層とこれを両面から挟むクラッド
層を形成し、且つ導波層の屈折率をクラッド層より大き
くし、またクラッド層の少なくとも一方の構成元素とし
てカドミウムを含ましめる。その際、さらに、前記導波
層を挟む２つのクラッド層の屈折率を互いに異ならし
め、その場合、前記導波層が隣接する少なくとも２層か
らなり、且つそれらの界面で屈折率が階段状に変化する
か、またはクラッド層に隣接する少なくとも１層の導波
層の屈折率が傾斜状に変化するか、もしくは前記クラッ
ド層と導波層との間に超格子層が形成されるか、のいず
れかを付加する構成とすることもできる。または前記構
成において、２つ以上の導波層と該導波層の各々を両面
から挟むようクラッド層を形成しても良い。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体光導波路に係り、
特にII族元素（たとえば、Ｚｎ，Ｃｄ，Ｍｇ，Ｈｇな
ど）ならびにVI族元素（たとえば、Ｏ，Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ
など）で形成されたII−VI族化合物からなる半導体光導
波路に関する。
特にII族元素（たとえば、Ｚｎ，Ｃｄ，Ｍｇ，Ｈｇな
ど）ならびにVI族元素（たとえば、Ｏ，Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ
など）で形成されたII−VI族化合物からなる半導体光導
波路に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体光導波路としては、従来よりIII
−Ｖ族半導体レーザの光導波路として、様々な構造が提
案されまた作製されている。しかしながら、これらIII
−Ｖ族半導体は光の透過波長域が約０．５４μｍ以上で
あり、これより短波長の青緑〜紫色の光を導波すること
はできなかった。
−Ｖ族半導体レーザの光導波路として、様々な構造が提
案されまた作製されている。しかしながら、これらIII
−Ｖ族半導体は光の透過波長域が約０．５４μｍ以上で
あり、これより短波長の青緑〜紫色の光を導波すること
はできなかった。
【０００３】また、II−VI族化合物半導体光導波路で
は、従来より図６に示すような光導波路構造が提案され
ている。図６において、１０１，１０５がＺｎＳ0.07Ｓ
ｅ0.93の組成を持つクラッド層であり、１０２，１０４
がＺｎＳｅの導波層であり、１０３がＺｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓ
ｅの導波層である。膜厚はクラッド層１０１，１０５が
約２μｍ、導波層１０３が０．１μｍである（MA.Haase
他、Appl. Phys. Lett.,59 (1991) 1272)。なお、Ｇａ
Ａｓ基板２０１とクラッド層１０１との間には、ＧａＡ
ｓバッファ層１０６とＺｎＳｅバッファ層１０７とがそ
れぞれ形成されている。
は、従来より図６に示すような光導波路構造が提案され
ている。図６において、１０１，１０５がＺｎＳ0.07Ｓ
ｅ0.93の組成を持つクラッド層であり、１０２，１０４
がＺｎＳｅの導波層であり、１０３がＺｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓ
ｅの導波層である。膜厚はクラッド層１０１，１０５が
約２μｍ、導波層１０３が０．１μｍである（MA.Haase
他、Appl. Phys. Lett.,59 (1991) 1272)。なお、Ｇａ
Ａｓ基板２０１とクラッド層１０１との間には、ＧａＡ
ｓバッファ層１０６とＺｎＳｅバッファ層１０７とがそ
れぞれ形成されている。
【０００４】この他のII−VI族化合物半導体光導波路と
しては、クラッド層は同じくＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93で、導
波層としてＺｎ0.88Ｃｄ0.12Ｓｅ−ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93
多重量子井戸を用いたもの（H.Jeon, 他 Appl. Phys. L
ett., 58 (1991) 3619）や、Ｚｎ0.91Ｃｄ0.09Ｓｅ−Ｚ
ｎ0.95Ｃｄ0.05Ｓ0.07Ｓｅ0.93多重量子井戸を用いたも
の（市野他、応用物理、61 (1992) 117）が示されてい
る。
しては、クラッド層は同じくＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93で、導
波層としてＺｎ0.88Ｃｄ0.12Ｓｅ−ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93
多重量子井戸を用いたもの（H.Jeon, 他 Appl. Phys. L
ett., 58 (1991) 3619）や、Ｚｎ0.91Ｃｄ0.09Ｓｅ−Ｚ
ｎ0.95Ｃｄ0.05Ｓ0.07Ｓｅ0.93多重量子井戸を用いたも
の（市野他、応用物理、61 (1992) 117）が示されてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】Ｚｎ，Ｃｄ，Ｓ，Ｓｅ
を含むII−VI族化合物半導体では、格子整合条件を満た
しながらクラッド層と導波層との屈折率差の大きい光導
波路を形成することはできない。従って、従来よりクラ
ッド層と導波層との間に格子不整合（格子定数の違い）
を持たせた導波路構造が示されている。例えば、前記し
た従来例図６では、ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93とＺｎＳｅとは
０．２４％、ＺｎＳｅとＺｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅでは約１．
５％の格子不整合がある。これらの層を成すＺｎＳ0.07
Ｓｅ0.93、ＺｎＳｅ、Ｚｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅの屈折率は５
３０nmの光に対してそれぞれ２．６７，２．６９，２．
８３となっており、クラッド層と導波層との屈折率差は
小さく、特にＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93とＺｎＳｅとの屈折率
差は非常に小さい。このためII−VI族化合物半導体レー
ザの光閉じ込め効果は極めて小さかった。
を含むII−VI族化合物半導体では、格子整合条件を満た
しながらクラッド層と導波層との屈折率差の大きい光導
波路を形成することはできない。従って、従来よりクラ
ッド層と導波層との間に格子不整合（格子定数の違い）
を持たせた導波路構造が示されている。例えば、前記し
た従来例図６では、ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93とＺｎＳｅとは
０．２４％、ＺｎＳｅとＺｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅでは約１．
５％の格子不整合がある。これらの層を成すＺｎＳ0.07
Ｓｅ0.93、ＺｎＳｅ、Ｚｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅの屈折率は５
３０nmの光に対してそれぞれ２．６７，２．６９，２．
８３となっており、クラッド層と導波層との屈折率差は
小さく、特にＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93とＺｎＳｅとの屈折率
差は非常に小さい。このためII−VI族化合物半導体レー
ザの光閉じ込め効果は極めて小さかった。
【０００６】前記のように、従来のII−VI族化合物半導
体光導波路では、光閉じ込め効果を高めるためにクラッ
ド層と導波層の屈折率差を大きくしようとすると、それ
らの層の間に大きな格子不整合が存在し、この格子不整
合により良質な結晶薄膜を製作することが困難であると
いう問題点があった。
体光導波路では、光閉じ込め効果を高めるためにクラッ
ド層と導波層の屈折率差を大きくしようとすると、それ
らの層の間に大きな格子不整合が存在し、この格子不整
合により良質な結晶薄膜を製作することが困難であると
いう問題点があった。
【０００７】以上の問題点に鑑み、本発明の課題とする
ところは、クラッド層と導波層との格子定数の差を小さ
くしながら、これらの層の間の屈折率差を大きくとるこ
とにより、良質な結晶薄膜による光閉じ込め効果の高い
半導体光導波路を提供することにある。
ところは、クラッド層と導波層との格子定数の差を小さ
くしながら、これらの層の間の屈折率差を大きくとるこ
とにより、良質な結晶薄膜による光閉じ込め効果の高い
半導体光導波路を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明においては、II族
元素ならびにVI族元素で形成されたII−VI族化合物半導
体を用いて、導波層と該導波層を両面から挟むクラッド
層を形成し、該導波層の屈折率を前記クラッド層の屈折
率よりも大きくしたII−VI族化合物半導体光導波路にお
いて、導波層を挟む２つのクラッド層の屈折率が互いに
異なるとともに、前記クラッド層の少なくとも一方の構
成元素にカドミウムが含まれている半導体光導波路を、
前記課題を解決するための第１の要旨とするものであ
る。
元素ならびにVI族元素で形成されたII−VI族化合物半導
体を用いて、導波層と該導波層を両面から挟むクラッド
層を形成し、該導波層の屈折率を前記クラッド層の屈折
率よりも大きくしたII−VI族化合物半導体光導波路にお
いて、導波層を挟む２つのクラッド層の屈折率が互いに
異なるとともに、前記クラッド層の少なくとも一方の構
成元素にカドミウムが含まれている半導体光導波路を、
前記課題を解決するための第１の要旨とするものであ
る。
【０００９】なお、以上の構成において、互いに隣接す
る少なくとも２層の導波層を含み、導波層の界面におい
て屈折率が階段状に変化していること、または互いに隣
接する少なくとも２層の導波層を含み、クラッド層に隣
接する少なくとも１層の導波層の屈折率が傾斜状に変化
していること、あるいはクラッド層と導波層との間に超
格子層が形成されていること、はいずれも有効である。
る少なくとも２層の導波層を含み、導波層の界面におい
て屈折率が階段状に変化していること、または互いに隣
接する少なくとも２層の導波層を含み、クラッド層に隣
接する少なくとも１層の導波層の屈折率が傾斜状に変化
していること、あるいはクラッド層と導波層との間に超
格子層が形成されていること、はいずれも有効である。
【００１０】さらに、本発明の他の要旨とするところ
は、II族元素ならびにVI族元素で形成されたII−VI族化
合物半導体を用いて、２つ以上の導波層と該導波層の各
々を両面から挟むクラッド層を形成し、前記導波層の屈
折率を前記クラッド層の屈折率よりも大きくするととも
に、少なくとも一つの前記クラッド層の構成元素にカド
ミウムが含まれている半導体光導波路にある。
は、II族元素ならびにVI族元素で形成されたII−VI族化
合物半導体を用いて、２つ以上の導波層と該導波層の各
々を両面から挟むクラッド層を形成し、前記導波層の屈
折率を前記クラッド層の屈折率よりも大きくするととも
に、少なくとも一つの前記クラッド層の構成元素にカド
ミウムが含まれている半導体光導波路にある。
【００１１】
【作用】本発明においては、クラッド層の構成元素とし
てカドミウムが含まれているものを用いるが、その理由
は次の通りである。すなわち、II−VI族化合物半導体の
うちカドミウムを含むＺｎyＣｄ1-yＳxＳｅ1-x（０≦ｙ
≦１，０≦ｘ≦１）は、５．４１オングストロームから
６．０５オングストロームまでの格子定数をとることが
できる混晶であり、同一の格子定数であれば、ＺｎＳx
Ｓｅ1-xよりもその屈折率が小さい。従ってクラッド層
としてＺｎyＣｄ1-yＳxＳｅ1-xを使用することにより、
クラッド層と導波層との格子定数の差を小さくして、相
互の屈折率差を大きくすることができ、光閉じ込め効率
が増大する。
てカドミウムが含まれているものを用いるが、その理由
は次の通りである。すなわち、II−VI族化合物半導体の
うちカドミウムを含むＺｎyＣｄ1-yＳxＳｅ1-x（０≦ｙ
≦１，０≦ｘ≦１）は、５．４１オングストロームから
６．０５オングストロームまでの格子定数をとることが
できる混晶であり、同一の格子定数であれば、ＺｎＳx
Ｓｅ1-xよりもその屈折率が小さい。従ってクラッド層
としてＺｎyＣｄ1-yＳxＳｅ1-xを使用することにより、
クラッド層と導波層との格子定数の差を小さくして、相
互の屈折率差を大きくすることができ、光閉じ込め効率
が増大する。
【００１２】さらに本発明では、導波層を挟む２つのク
ラッド層に屈折率の異なる２種の、ＺｎyＣｄ1-yＳxＳ
ｅ1-xを用いることにより、導波路中の電界分布が、よ
り高い屈折率をもつクラッド層側にかたより、非対称と
なる。この場合導波層の最も高い屈折率を有する層に閉
じ込められる光の密度がクラッド層が対称の場合よりも
小さくなり、結果として導波層の光による劣化が抑えら
れる。
ラッド層に屈折率の異なる２種の、ＺｎyＣｄ1-yＳxＳ
ｅ1-xを用いることにより、導波路中の電界分布が、よ
り高い屈折率をもつクラッド層側にかたより、非対称と
なる。この場合導波層の最も高い屈折率を有する層に閉
じ込められる光の密度がクラッド層が対称の場合よりも
小さくなり、結果として導波層の光による劣化が抑えら
れる。
【００１３】一方、本発明においては、前記カドミウム
を含むＺｎyＣｄ1-yＳxＳｅ1-xによって構成されたクラ
ッド層中に２つ以上の導波層を埋設することにより、導
波層１個当りの光の密度が減少するので、結果として導
波層の光による劣化が抑制される。さらに、導波層が非
対称に設けられることになるので、前記の場合と同様、
導波層の光による劣化が抑制される。
を含むＺｎyＣｄ1-yＳxＳｅ1-xによって構成されたクラ
ッド層中に２つ以上の導波層を埋設することにより、導
波層１個当りの光の密度が減少するので、結果として導
波層の光による劣化が抑制される。さらに、導波層が非
対称に設けられることになるので、前記の場合と同様、
導波層の光による劣化が抑制される。
【００１４】
【実施例】以下に本発明の実施具体例について、図面を
参照しながら詳細に説明する。まず、図１は、本発明の
一実施例の光導波路の構造図ならびに屈折率図を示すも
のである。この実施例においては、ＺｎＳｅ基板２０３
上に、クラッド層４１，導波層４２〜４４，およびクラ
ッド層４５の順序で、ヘテロエピタキシー法により、そ
れぞれの薄膜が形成されるものである。なお、ヘテロエ
ピタキシー法の一具体例であるＭＢＥ（分子線エピタキ
シャル）装置については、図５の概念図について後述す
る。
参照しながら詳細に説明する。まず、図１は、本発明の
一実施例の光導波路の構造図ならびに屈折率図を示すも
のである。この実施例においては、ＺｎＳｅ基板２０３
上に、クラッド層４１，導波層４２〜４４，およびクラ
ッド層４５の順序で、ヘテロエピタキシー法により、そ
れぞれの薄膜が形成されるものである。なお、ヘテロエ
ピタキシー法の一具体例であるＭＢＥ（分子線エピタキ
シャル）装置については、図５の概念図について後述す
る。
【００１５】各層の組成は、クラッド層４１はＺｎ0.8
Ｃｄ0.2Ｓ0.3Ｓｅ0.7であり、クラッド層４５はＺｎ0.4
Ｃｄ0.6Ｓ0.6Ｓｅ0.4である。また導波層４２はＺｎ0.7
Ｃｄ0.3Ｓ0.3Ｓｅ0.7、導波層４３はＺｎ0.6Ｃｄ0.4Ｓ
0.3Ｓｅ0.7、さらに導波層４４はＺｎ0.4Ｃｄ0.6Ｓ0.45
Ｓｅ0.55をそれぞれの組成とするものである。また、図
１の屈折率図に見られるように、クラッド層４１，４５
の屈折率が異なっており、また、導波層４２，４３，４
４の互いに隣接する界面において、屈折率が階段状に変
化しているので、これらにより、導波層に閉じ込められ
る光は導波層内でクラッド層４１側すなわちＺｎ0.8Ｃ
ｄ0.2Ｓ0.3Ｓｅ0.7側にかたよるため、高屈折率を有す
る導波層４３すなわちＺｎ0.4Ｃｄ0.6Ｓ0.3Ｓｅ0.7での
光の密度が低減し、膜の劣化が抑えられる。この場合、
クラッド層、導波層の屈折率ｎは、波長５３０nmの光に
対する値として、クラッド層４１は２．６７、導波層４
２は２．７４、導波層４３は２．８６、導波層４４は
２．７２、クラッド層４５は２．６３である。
Ｃｄ0.2Ｓ0.3Ｓｅ0.7であり、クラッド層４５はＺｎ0.4
Ｃｄ0.6Ｓ0.6Ｓｅ0.4である。また導波層４２はＺｎ0.7
Ｃｄ0.3Ｓ0.3Ｓｅ0.7、導波層４３はＺｎ0.6Ｃｄ0.4Ｓ
0.3Ｓｅ0.7、さらに導波層４４はＺｎ0.4Ｃｄ0.6Ｓ0.45
Ｓｅ0.55をそれぞれの組成とするものである。また、図
１の屈折率図に見られるように、クラッド層４１，４５
の屈折率が異なっており、また、導波層４２，４３，４
４の互いに隣接する界面において、屈折率が階段状に変
化しているので、これらにより、導波層に閉じ込められ
る光は導波層内でクラッド層４１側すなわちＺｎ0.8Ｃ
ｄ0.2Ｓ0.3Ｓｅ0.7側にかたよるため、高屈折率を有す
る導波層４３すなわちＺｎ0.4Ｃｄ0.6Ｓ0.3Ｓｅ0.7での
光の密度が低減し、膜の劣化が抑えられる。この場合、
クラッド層、導波層の屈折率ｎは、波長５３０nmの光に
対する値として、クラッド層４１は２．６７、導波層４
２は２．７４、導波層４３は２．８６、導波層４４は
２．７２、クラッド層４５は２．６３である。
【００１６】これらの内、最も高屈折率を有する導波層
４３はクラッド層４１，４５（これらのクラッド層の格
子定数はほぼ同じ）と、格子不整合が約１％存在するた
め、その膜厚は５〜２００オングストローム程度である
ことが望ましい。なお、このような構成におけるクラッ
ド層ならびに導波層の組成については、クラッド層の屈
折率が導波層の屈折率よりも小さくなる範囲にある限
り、クラッド層の組成を如何様に変更しようとも本質的
な影響は生じない。
４３はクラッド層４１，４５（これらのクラッド層の格
子定数はほぼ同じ）と、格子不整合が約１％存在するた
め、その膜厚は５〜２００オングストローム程度である
ことが望ましい。なお、このような構成におけるクラッ
ド層ならびに導波層の組成については、クラッド層の屈
折率が導波層の屈折率よりも小さくなる範囲にある限
り、クラッド層の組成を如何様に変更しようとも本質的
な影響は生じない。
【００１７】次に、図２は、本発明の他の実施例の光導
波路の構造図ならびに屈折率図を示すものである。この
実施例では、ＧａＡｓ基板２０１上に、クラッド層２
１、導波層２２〜２４、およびクラッド層２５の順序
で、ヘテロエピタキシー法によりそれぞれの薄膜が形成
されるものである。
波路の構造図ならびに屈折率図を示すものである。この
実施例では、ＧａＡｓ基板２０１上に、クラッド層２
１、導波層２２〜２４、およびクラッド層２５の順序
で、ヘテロエピタキシー法によりそれぞれの薄膜が形成
されるものである。
【００１８】各層の組成としては、クラッド層２１はＺ
ｎ0.7Ｃｄ0.3Ｓ0.5Ｓｅ0.5であり、クラッド層２５はＺ
ｎ0.6Ｃｄ0.4Ｓ0.7Ｓｅ0.3である。また導波層２３は高
屈折率を有する薄膜Ｚｎ0.6Ｃｄ0.4Ｓ0.3Ｓｅ0.7によっ
て作成されており、導波層２２ならびに２４は、クラッ
ド層２１および２５にそれぞれ接する側から高屈折率導
波層２３の側にそれぞれ屈折率が増大するようにＺｎy
Ｃｄ1-yＳxＳｅ1-xのｙおよびｘの調整された組成の薄
膜が用いられるものである。
ｎ0.7Ｃｄ0.3Ｓ0.5Ｓｅ0.5であり、クラッド層２５はＺ
ｎ0.6Ｃｄ0.4Ｓ0.7Ｓｅ0.3である。また導波層２３は高
屈折率を有する薄膜Ｚｎ0.6Ｃｄ0.4Ｓ0.3Ｓｅ0.7によっ
て作成されており、導波層２２ならびに２４は、クラッ
ド層２１および２５にそれぞれ接する側から高屈折率導
波層２３の側にそれぞれ屈折率が増大するようにＺｎy
Ｃｄ1-yＳxＳｅ1-xのｙおよびｘの調整された組成の薄
膜が用いられるものである。
【００１９】この場合、クラッド層２１の屈折率は２．
６７、導波層２３の屈折率は２．８６、クラッド層２５
の屈折率は２．５７であって、いずれも波長５３０nmの
光に対する値である。これらの内、最も高屈折率の導波
層２３は、クラッド層２１，２５と格子不整合が約１．
５％存在するので、その膜厚は５〜１５０オングストロ
ーム程度であることが望ましい。
６７、導波層２３の屈折率は２．８６、クラッド層２５
の屈折率は２．５７であって、いずれも波長５３０nmの
光に対する値である。これらの内、最も高屈折率の導波
層２３は、クラッド層２１，２５と格子不整合が約１．
５％存在するので、その膜厚は５〜１５０オングストロ
ーム程度であることが望ましい。
【００２０】これらの関係は図２の屈折率図からも明ら
かなように、クラッド層２１と２５との屈折率が非対称
となっており、これによって導波層に閉じ込められる光
は導波層内でクラッド層２１側すなわちＺｎ0.7Ｃｄ0.3
Ｓ0.5Ｓｅ0.5側にかたよるため、高屈折率を有する導波
層２３すなわちＺｎ0.6Ｃｄ0.4Ｓ0.3Ｓｅ0.7での光の密
度が低減し、膜の劣化が抑えられる。
かなように、クラッド層２１と２５との屈折率が非対称
となっており、これによって導波層に閉じ込められる光
は導波層内でクラッド層２１側すなわちＺｎ0.7Ｃｄ0.3
Ｓ0.5Ｓｅ0.5側にかたよるため、高屈折率を有する導波
層２３すなわちＺｎ0.6Ｃｄ0.4Ｓ0.3Ｓｅ0.7での光の密
度が低減し、膜の劣化が抑えられる。
【００２１】次に、図３は、本発明のさらに他の実施例
の光導波路の構造図ならびに屈折率図を示すものであ
る。この実施例では、ＺｎＳ0.35Ｓｅ0.65基板２０２の
上に、クラッド層３１、超格子層３２、導波層３３、超
格子層３４、およびクラッド層３５の順序で、ヘテロエ
ピタキシー法によりそれぞれの薄膜が形成されるもので
ある。各層の組成としては、クラッド層３１はＺｎ0.6
Ｃｄ0.4Ｓであり、クラッド層３５はＺｎＳ0.35Ｓｅ
0.65である。また、超格子層３２はＺｎ0.6Ｃｄ0.4Ｓ−
Ｚｎ0.6Ｃｄ0.4Ｓ0.45Ｓｅ0.55であり、超格子層３４は
ＺｎＳ0.35Ｓｅ0.65−Ｚｎ0.6Ｃｄ0.4Ｓ0.35Ｓｅ0.65で
ある。さらに導波層３３はＺｎ0.5Ｃｄ0.5Ｓ0.4Ｓｅ0.6
をそれぞれ組成とするものである。
の光導波路の構造図ならびに屈折率図を示すものであ
る。この実施例では、ＺｎＳ0.35Ｓｅ0.65基板２０２の
上に、クラッド層３１、超格子層３２、導波層３３、超
格子層３４、およびクラッド層３５の順序で、ヘテロエ
ピタキシー法によりそれぞれの薄膜が形成されるもので
ある。各層の組成としては、クラッド層３１はＺｎ0.6
Ｃｄ0.4Ｓであり、クラッド層３５はＺｎＳ0.35Ｓｅ
0.65である。また、超格子層３２はＺｎ0.6Ｃｄ0.4Ｓ−
Ｚｎ0.6Ｃｄ0.4Ｓ0.45Ｓｅ0.55であり、超格子層３４は
ＺｎＳ0.35Ｓｅ0.65−Ｚｎ0.6Ｃｄ0.4Ｓ0.35Ｓｅ0.65で
ある。さらに導波層３３はＺｎ0.5Ｃｄ0.5Ｓ0.4Ｓｅ0.6
をそれぞれ組成とするものである。
【００２２】超格子層３２および３４は、導波層とクラ
ッド層との格子歪を緩和する目的で構成されたものであ
って、超格子層３２はＺｎ0.6Ｃｄ0.4ＳとＺｎ0.6Ｃｄ
0.4Ｓ0.45Ｓｅ0.55とを交互に積層して形成された薄膜
であり、また超格子層３４はＺｎＳ0.35Ｓｅ0.65とＺｎ
0.6Ｃｄ0.4Ｓ0.35Ｓｅ0.65とを交互に積層して形成され
た薄膜である。この場合、各層の屈折率は図３の屈折率
図に見られるようにクラッド層３１，３５の屈折率が非
対称となっており、さらに超格子層３２および３４はい
ずれも屈折率の高い膜と低い膜とで構成されているが、
超格子層３２，３４における屈折率の高い方の膜は、導
波層３３の屈折率よりいずれも低く設定されている。
ッド層との格子歪を緩和する目的で構成されたものであ
って、超格子層３２はＺｎ0.6Ｃｄ0.4ＳとＺｎ0.6Ｃｄ
0.4Ｓ0.45Ｓｅ0.55とを交互に積層して形成された薄膜
であり、また超格子層３４はＺｎＳ0.35Ｓｅ0.65とＺｎ
0.6Ｃｄ0.4Ｓ0.35Ｓｅ0.65とを交互に積層して形成され
た薄膜である。この場合、各層の屈折率は図３の屈折率
図に見られるようにクラッド層３１，３５の屈折率が非
対称となっており、さらに超格子層３２および３４はい
ずれも屈折率の高い膜と低い膜とで構成されているが、
超格子層３２，３４における屈折率の高い方の膜は、導
波層３３の屈折率よりいずれも低く設定されている。
【００２３】従って超格子層３２についての平均屈折率
はクラッド層３１の屈折率よりも高く、また超格子層３
４についての平均屈折率はクラッド層３５の屈折率より
も高く、さらにいずれの平均屈折率とも、高屈折率を有
する導波層３３の屈折率よりも低くなる。これらの屈折
率ｎは、波長５３０nmの光に対する値として、クラッド
層３１については２．４４、超格子層３２については
２．４４〜２．７２、導波層３３については２．９６、
超格子層３４については２．５７〜２．８１、クラッド
層３５については２．５７である。この場合、超格子層
３２，３４が存在するので、最も高屈折率の導波層３３
は、クラッド層３１，３５と格子不整合が約１％存在す
るものの、その膜厚は若干厚手でも良く、５〜１０００
オングストローム程度が望ましい。
はクラッド層３１の屈折率よりも高く、また超格子層３
４についての平均屈折率はクラッド層３５の屈折率より
も高く、さらにいずれの平均屈折率とも、高屈折率を有
する導波層３３の屈折率よりも低くなる。これらの屈折
率ｎは、波長５３０nmの光に対する値として、クラッド
層３１については２．４４、超格子層３２については
２．４４〜２．７２、導波層３３については２．９６、
超格子層３４については２．５７〜２．８１、クラッド
層３５については２．５７である。この場合、超格子層
３２，３４が存在するので、最も高屈折率の導波層３３
は、クラッド層３１，３５と格子不整合が約１％存在す
るものの、その膜厚は若干厚手でも良く、５〜１０００
オングストローム程度が望ましい。
【００２４】なお、超格子層３２，３４の各膜厚は２〜
５０オングストロームが望ましく、全層数は２〜１００
層程度が良い。このような構成とすることによって、半
導体導波路の光閉じ込め効果が高くなる上、導波層に閉
じ込められた光がクラッド層側にかたより、導波層の光
の密度が低減し、膜の劣化が抑えられる。さらに、導波
層とクラッド層との間には超格子層が設けられているの
で、前記２層間の格子歪を緩和することができるもので
ある。
５０オングストロームが望ましく、全層数は２〜１００
層程度が良い。このような構成とすることによって、半
導体導波路の光閉じ込め効果が高くなる上、導波層に閉
じ込められた光がクラッド層側にかたより、導波層の光
の密度が低減し、膜の劣化が抑えられる。さらに、導波
層とクラッド層との間には超格子層が設けられているの
で、前記２層間の格子歪を緩和することができるもので
ある。
【００２５】また、図４は本発明のさらに別の実施例の
光導波路の構造図ならびに屈折率図を示すものである。
この実施例では、ＺｎＳｅ基板２０３の上に、クラッド
層５１、導波層５２、クラッド層５３、導波層５４、ク
ラッド層５５の順序で、ヘテロエピタキシー法によりそ
れぞれの薄膜が形成されるものである。各層の組成とし
ては、クラッド層５１，５３，５５はＺｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓ
0.3Ｓｅ0.7であり、導波層５２はＺｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅで
あり、さらに導波層５４はＺｎ0.7Ｃｄ0.3Ｓｅから、そ
れぞれ構成されるものである。
光導波路の構造図ならびに屈折率図を示すものである。
この実施例では、ＺｎＳｅ基板２０３の上に、クラッド
層５１、導波層５２、クラッド層５３、導波層５４、ク
ラッド層５５の順序で、ヘテロエピタキシー法によりそ
れぞれの薄膜が形成されるものである。各層の組成とし
ては、クラッド層５１，５３，５５はＺｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓ
0.3Ｓｅ0.7であり、導波層５２はＺｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅで
あり、さらに導波層５４はＺｎ0.7Ｃｄ0.3Ｓｅから、そ
れぞれ構成されるものである。
【００２６】また、図４の屈折率図に見られるように、
屈折率ｎを有するクラッド層５１，５３，５５中に、屈
折率の異なる導波層５２および５４が埋設されて、非対
称の導波路構造を示しているものである。これらの各層
の屈折率ｎは、波長５３０nmの光に対する値として、ク
ラッド層５１，５３，５５については２．６７、導波層
５２については２．８３、導波層５４については３．０
４である。これらの内、２番目に高い屈折率の導波層５
２は、クラッド層５１，５３，５５と格子不整合が約１
％存在するので、その膜厚は５〜２００オングストロー
ム程度が望ましく、また、最も高屈折率の導波層５４
も、前記クラッド層５１，５３，５５と格子不整合が約
１．５％存在するので、その膜厚は５〜１５０オングス
トローム程度が望ましい。
屈折率ｎを有するクラッド層５１，５３，５５中に、屈
折率の異なる導波層５２および５４が埋設されて、非対
称の導波路構造を示しているものである。これらの各層
の屈折率ｎは、波長５３０nmの光に対する値として、ク
ラッド層５１，５３，５５については２．６７、導波層
５２については２．８３、導波層５４については３．０
４である。これらの内、２番目に高い屈折率の導波層５
２は、クラッド層５１，５３，５５と格子不整合が約１
％存在するので、その膜厚は５〜２００オングストロー
ム程度が望ましく、また、最も高屈折率の導波層５４
も、前記クラッド層５１，５３，５５と格子不整合が約
１．５％存在するので、その膜厚は５〜１５０オングス
トローム程度が望ましい。
【００２７】また、この場合、クラッド層５３の膜厚は
薄いものが良く、２０〜１０００オングストローム程度
が望ましい。このような構成とすることによって、前述
の図３の場合と同様、導波路構造が非対称となるので、
導波層５４の光の密度が低下し、その結果、導波層５４
の層の膜厚の劣化が抑えられる。
薄いものが良く、２０〜１０００オングストローム程度
が望ましい。このような構成とすることによって、前述
の図３の場合と同様、導波路構造が非対称となるので、
導波層５４の光の密度が低下し、その結果、導波層５４
の層の膜厚の劣化が抑えられる。
【００２８】最後に、本発明の実施例に用いられたヘテ
ロエピタキシー法による薄膜形成手段の一具体例である
ＭＢＥ（分子線エピタキシー）装置についてその概略を
説明する。すなわち、ヘテロエピタキシー法にはＭＢＥ
(Molecular Beam Epitaxy)法［分子線エピタキシー
法］、ＭＯＣＶＤ（Metalorganic Chemical Vapor Depo
sition）法［有機金属気相成長法］、あるいはＭＯＭＢ
Ｅ法［ガスソースＭＢＥ法もしくはケミカルビームエピ
タキシー法］など、各種の手段が知られており、既に実
用化されているものもあるが、ここでは、これらの一例
として、ＭＢＥ法を用いた処理条件等について、具体的
に説明する。
ロエピタキシー法による薄膜形成手段の一具体例である
ＭＢＥ（分子線エピタキシー）装置についてその概略を
説明する。すなわち、ヘテロエピタキシー法にはＭＢＥ
(Molecular Beam Epitaxy)法［分子線エピタキシー
法］、ＭＯＣＶＤ（Metalorganic Chemical Vapor Depo
sition）法［有機金属気相成長法］、あるいはＭＯＭＢ
Ｅ法［ガスソースＭＢＥ法もしくはケミカルビームエピ
タキシー法］など、各種の手段が知られており、既に実
用化されているものもあるが、ここでは、これらの一例
として、ＭＢＥ法を用いた処理条件等について、具体的
に説明する。
【００２９】まず、図５は分子線エピタキシー装置（Ｍ
ＢＥ装置）の概念図であって、その原理は超高真空に排
気されたチャンバー３００（成長室）中において結晶の
個々の構成元素の入ったるつぼ３０１，３０２を加熱
し、蒸発して出てくる蒸気を分子線の形でるつぼ３０
１，３０２から放出させ、ヒータ３０４により加熱され
ている清浄な結晶基板３０５に当てることにより、単結
晶薄膜をエピタキシャル成長せしめる結晶成長方法であ
る。なおこの場合構成元素の調整はシャッター３０６の
開閉により行われる。
ＢＥ装置）の概念図であって、その原理は超高真空に排
気されたチャンバー３００（成長室）中において結晶の
個々の構成元素の入ったるつぼ３０１，３０２を加熱
し、蒸発して出てくる蒸気を分子線の形でるつぼ３０
１，３０２から放出させ、ヒータ３０４により加熱され
ている清浄な結晶基板３０５に当てることにより、単結
晶薄膜をエピタキシャル成長せしめる結晶成長方法であ
る。なおこの場合構成元素の調整はシャッター３０６の
開閉により行われる。
【００３０】なお、前記実施例で使用されたＭＢＥ装置
の処理条件の幾つかを述べると、 装置の背圧： １×１０-10 Torr 各構成元素の薄膜形成時の圧力： Ｚｎ： １×１０-7〜７×１０-7 Torr Ｃｄ： １×１０-7〜２×１０-6 Torr Ｓ ： ５×１０-7〜２×１０-6 Torr Ｓｅ： １×１０-7〜２×１０-6 Torr である。 なお、添加不純物としては、ＭＢＥ装置においては、 ｎ型に対して： Ｃｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ａｌなど、 ｐ型に対して： Ｎ，Ｐ，Ａｓ，Ｌｉ，Ｎａなど、 を使用することができる他、不純物の添加を行なわない
場合もある。
の処理条件の幾つかを述べると、 装置の背圧： １×１０-10 Torr 各構成元素の薄膜形成時の圧力： Ｚｎ： １×１０-7〜７×１０-7 Torr Ｃｄ： １×１０-7〜２×１０-6 Torr Ｓ ： ５×１０-7〜２×１０-6 Torr Ｓｅ： １×１０-7〜２×１０-6 Torr である。 なお、添加不純物としては、ＭＢＥ装置においては、 ｎ型に対して： Ｃｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ａｌなど、 ｐ型に対して： Ｎ，Ｐ，Ａｓ，Ｌｉ，Ｎａなど、 を使用することができる他、不純物の添加を行なわない
場合もある。
【００３１】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、II
−VI族化合物半導体光導波路の導波層とクラッド層との
格子定数の差を小さくすることができ、しかも屈折率差
を大きくすることができ、光閉じ込め効率が増大すると
いう効果がある。また導波層中の高屈折率を有する層の
劣化を抑えることができるという効果がある。
−VI族化合物半導体光導波路の導波層とクラッド層との
格子定数の差を小さくすることができ、しかも屈折率差
を大きくすることができ、光閉じ込め効率が増大すると
いう効果がある。また導波層中の高屈折率を有する層の
劣化を抑えることができるという効果がある。
【図１】本発明の一実施例の光導波路の構造図及び屈折
率図である。
率図である。
【図２】本発明の他の実施例の光導波路の構造図及び屈
折率図である。
折率図である。
【図３】本発明のさらに他の実施例の光導波路の構造図
及び屈折率図である。
及び屈折率図である。
【図４】本発明のさらに別の実施例の光導波路の構造図
及び屈折率図である。
及び屈折率図である。
【図５】分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）装置の概念図
である。
である。
【図６】従来例の光導波路の構造図及び屈折率図であ
る。
る。
２１ Ｚｎ0.7Ｃｄ0.3Ｓ0.5Ｓｅ0.5クラッド層 ２２，２４ ＺｎyＣｄ1-yＳxＳｅ1-x導波層 ２３ Ｚｎ0.6Ｃｄ0.4Ｓ0.3Ｓｅ0.7導波層 ２５ Ｚｎ0.6Ｃｄ0.4Ｓ0.7Ｓｅ0.3クラッド層 ３１ Ｚｎ0.6Ｃｄ0.4Ｓクラッド層 ３２ Ｚｎ0.6Ｃｄ0.4Ｓ−Ｚｎ0.6Ｃｄ0.4Ｓ0.45Ｓｅ
0.55超格子層 ３３ Ｚｎ0.5Ｃｄ0.5Ｓ0.4Ｓｅ0.6導波層 ３４ ＺｎＳ0.35Ｓｅ0.65−Ｚｎ0.6Ｃｄ0.4Ｓ0.35Ｓｅ
0.65超格子層 ３５ ＺｎＳ0.35Ｓｅ0.65クラッド層 ４１ Ｚｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓ0.3Ｓｅ0.7クラッド層 ４２ Ｚｎ0.7Ｃｄ0.3Ｓ0.3Ｓｅ0.7導波層 ４３ Ｚｎ0.6Ｃｄ0.4Ｓ0.3Ｓｅ0.7導波層 ４４ Ｚｎ0.4Ｃｄ0.6Ｓ0.45Ｓｅ0.55導波層 ４５ Ｚｎ0.4Ｃｄ0.6Ｓ0.6Ｓｅ0.4クラッド層 ５１，５３，５５ Ｚｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓ0.3Ｓｅ0.7クラッ
ド層 ５２ Ｚｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅ導波層 ５４ Ｚｎ0.7Ｃｄ0.3Ｓｅ導波層 １０１，１０５ ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93クラッド層 １０２，１０４ ＺｎＳｅ導波層 １０３ Ｚｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅ導波層 １０６ ＧａＡｓバッファ層 １０７ ＺｎＳｅバッファ層 ２０１ ＧａＡｓ基板 ２０２ ＺｎＳ0.35Ｓｅ0.65基板 ２０３ ＺｎＳｅ基板 ３００ チャンバー（成長室） ３０１，３０２ るつぼ ３０４ ヒータ ３０５ 基板 ３０６ シャッター
0.55超格子層 ３３ Ｚｎ0.5Ｃｄ0.5Ｓ0.4Ｓｅ0.6導波層 ３４ ＺｎＳ0.35Ｓｅ0.65−Ｚｎ0.6Ｃｄ0.4Ｓ0.35Ｓｅ
0.65超格子層 ３５ ＺｎＳ0.35Ｓｅ0.65クラッド層 ４１ Ｚｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓ0.3Ｓｅ0.7クラッド層 ４２ Ｚｎ0.7Ｃｄ0.3Ｓ0.3Ｓｅ0.7導波層 ４３ Ｚｎ0.6Ｃｄ0.4Ｓ0.3Ｓｅ0.7導波層 ４４ Ｚｎ0.4Ｃｄ0.6Ｓ0.45Ｓｅ0.55導波層 ４５ Ｚｎ0.4Ｃｄ0.6Ｓ0.6Ｓｅ0.4クラッド層 ５１，５３，５５ Ｚｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓ0.3Ｓｅ0.7クラッ
ド層 ５２ Ｚｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅ導波層 ５４ Ｚｎ0.7Ｃｄ0.3Ｓｅ導波層 １０１，１０５ ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93クラッド層 １０２，１０４ ＺｎＳｅ導波層 １０３ Ｚｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅ導波層 １０６ ＧａＡｓバッファ層 １０７ ＺｎＳｅバッファ層 ２０１ ＧａＡｓ基板 ２０２ ＺｎＳ0.35Ｓｅ0.65基板 ２０３ ＺｎＳｅ基板 ３００ チャンバー（成長室） ３０１，３０２ るつぼ ３０４ ヒータ ３０５ 基板 ３０６ シャッター
Claims (5)
- 【請求項１】 II族元素ならびにVI族元素で形成された
II−VI族化合物半導体を用いて、 導波層と該導波層を両面から挟むクラッド層を形成し、 該導波層の屈折率を前記クラッド層の屈折率よりも大き
くしたII−VI族化合物半導体光導波路において、導波層
を挟む２つのクラッド層の屈折率が互いに異なるととも
に、前記クラッド層の少なくとも一方の構成元素にカド
ミウムが含まれていることを特徴とする半導体光導波
路。 - 【請求項２】 互いに隣接する少なくとも２層の導波層
を含み、導波層の界面において屈折率が階段状に変化し
ていることを特徴とする請求項１に記載の半導体光導波
路。 - 【請求項３】 互いに隣接する少なくとも２層の導波層
を含み、クラッド層に隣接する少なくとも１層の導波層
の屈折率が傾斜状に変化していることを特徴とする請求
項１に記載の半導体光導波路。 - 【請求項４】 クラッド層と導波層との間に超格子層が
形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導
体光導波路。 - 【請求項５】 II族元素ならびにVI族元素で形成された
II−VI族化合物半導体を用いて、 ２つ以上の導波層と該導波層の各々を両面から挟むクラ
ッド層を形成し、 前記導波層の屈折率を前記クラッド層の屈折率よりも大
きくするとともに、少なくとも一つの前記クラッド層の
構成元素にカドミウムが含まれていることを特徴とする
半導体光導波路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10998294A JPH0799370A (ja) | 1993-05-25 | 1994-05-24 | 半導体光導波路 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12254293 | 1993-05-25 | ||
| JP5-122542 | 1993-05-25 | ||
| JP10998294A JPH0799370A (ja) | 1993-05-25 | 1994-05-24 | 半導体光導波路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0799370A true JPH0799370A (ja) | 1995-04-11 |
Family
ID=26449695
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10998294A Pending JPH0799370A (ja) | 1993-05-25 | 1994-05-24 | 半導体光導波路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0799370A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030072994A (ko) * | 2002-03-08 | 2003-09-19 | 주식회사 엘지이아이 | 광손실 및 열 특성을 개선시킨 반도체 레이저 다이오드 |
| US7088753B2 (en) | 2000-01-13 | 2006-08-08 | Infineon Technologies Ag | Semiconductor laser structure |
-
1994
- 1994-05-24 JP JP10998294A patent/JPH0799370A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7088753B2 (en) | 2000-01-13 | 2006-08-08 | Infineon Technologies Ag | Semiconductor laser structure |
| KR20030072994A (ko) * | 2002-03-08 | 2003-09-19 | 주식회사 엘지이아이 | 광손실 및 열 특성을 개선시킨 반도체 레이저 다이오드 |
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