JPH1172634A - 半導体ブラッグ反射器および前記反射器の製作方法 - Google Patents
半導体ブラッグ反射器および前記反射器の製作方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 屈折率差が大きく、反射率が高い半導体ブラ
ッグ反射器およびその製作方法を提供する。 【解決手段】 本発明の半導体ブラッグ反射器は、ＩＩ
Ｉ−Ｖ族材料の基板上の複数の積み重ねられた層を含
み、積み重ねられた層のうちの一層がホログラフィ格子
を形成する。格子を形成する層は、空隙部とＩＩＩ−Ｖ
族材料との交互の連続部を含む。このような反射器はレ
ーザ装置で使用するのに特に適している。
ッグ反射器およびその製作方法を提供する。 【解決手段】 本発明の半導体ブラッグ反射器は、ＩＩ
Ｉ−Ｖ族材料の基板上の複数の積み重ねられた層を含
み、積み重ねられた層のうちの一層がホログラフィ格子
を形成する。格子を形成する層は、空隙部とＩＩＩ−Ｖ
族材料との交互の連続部を含む。このような反射器はレ
ーザ装置で使用するのに特に適している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ブラッグ反
射器および前記反射器の製作方法に関する。
射器および前記反射器の製作方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ブラッグ反射器は、特に光伝送の分野で
一般的に使用されている。このような反射器によって、
受け取った光の一部を反射することができる。
一般的に使用されている。このような反射器によって、
受け取った光の一部を反射することができる。
【０００３】より具体的には、ブラッグ反射器は異なる
屈折率を有する二つの材料で作られた周期的格子によっ
て規定される。このような装置の反射率は、二つの構成
材料の屈折率の差と格子の幾何形状の両方に依存する。
これはκ×Ｌの積に比例し、Ｌは格子の長さであり、κ
は第一には二つの材料の屈折率の差に関係し、第二には
格子の厚さに関係する「ブラッグ係数」である。
屈折率を有する二つの材料で作られた周期的格子によっ
て規定される。このような装置の反射率は、二つの構成
材料の屈折率の差と格子の幾何形状の両方に依存する。
これはκ×Ｌの積に比例し、Ｌは格子の長さであり、κ
は第一には二つの材料の屈折率の差に関係し、第二には
格子の厚さに関係する「ブラッグ係数」である。
【０００４】従来の反射器の縦断面を図１Ａに示し、横
断面を図１Ｂに示す。たとえば、反射器は、レーザキャ
ビティによって放射された光波の一部を反射してそれを
前記キャビティに帰還させ、前記キャビティを連続的に
発振させることができるように前記レーザキャビティに
面して配置することができる。
断面を図１Ｂに示す。たとえば、反射器は、レーザキャ
ビティによって放射された光波の一部を反射してそれを
前記キャビティに帰還させ、前記キャビティを連続的に
発振させることができるように前記レーザキャビティに
面して配置することができる。
【０００５】この反射器は基板１上にエピタキシによっ
て積層させた層２、３上に設けられている。一般に、基
板１はｎ型キャリアをドーピングされたリン化インジウ
ム（ＩｎＰ）でできている。これを、積層させる様々な
層のエピタキシャル成長を促進する役割を果たす緩衝層
で被覆することができる。図１Ａおよび図１Ｂには緩衝
層は図示されていない。積層された層は、異なる光学的
機能を果たす。図１Ａおよび図１Ｂに示す例では、基板
１上に「ウェーブガイド層」とも呼ばれる活性層２を付
着させる。活性層２は、ＩｎＰなどのＩＩＩ−Ｖ族材料
でできた「下部クラッド」層３内に埋められている。
て積層させた層２、３上に設けられている。一般に、基
板１はｎ型キャリアをドーピングされたリン化インジウ
ム（ＩｎＰ）でできている。これを、積層させる様々な
層のエピタキシャル成長を促進する役割を果たす緩衝層
で被覆することができる。図１Ａおよび図１Ｂには緩衝
層は図示されていない。積層された層は、異なる光学的
機能を果たす。図１Ａおよび図１Ｂに示す例では、基板
１上に「ウェーブガイド層」とも呼ばれる活性層２を付
着させる。活性層２は、ＩｎＰなどのＩＩＩ−Ｖ族材料
でできた「下部クラッド」層３内に埋められている。
【０００６】ブラッグ格子は図１Ａでは参照符号１０で
示されている。この格子は、図１Ａおよび図１Ｂでハッ
チングで図示されているたとえばＧａＩｎＡｓＰタイプ
の四元材料などＩｎＰを基礎とした材料４と、「上部ク
ラッド」層を構成するＩｎＰ材料５を含む。
示されている。この格子は、図１Ａおよび図１Ｂでハッ
チングで図示されているたとえばＧａＩｎＡｓＰタイプ
の四元材料などＩｎＰを基礎とした材料４と、「上部ク
ラッド」層を構成するＩｎＰ材料５を含む。
【０００７】格子は、下部クラッド層上にエピタキシに
よって四元材料の層４を成長させ、層４を狭間のある構
造になるようにエッチングし、次に、その結果形成され
た間隙を、ｐ型キャリアでドーピングしたＩｎＰ５の上
部クラッド層で埋めることによって形成する。ＧａＩｎ
ＡｓＰ四元材料４とＩｎＰ５はそれぞれ３．３および３
という異なる屈折率を有するため、形成されたホログラ
フィ格子１０によって受け取った光波の一部を反射する
ことができる。
よって四元材料の層４を成長させ、層４を狭間のある構
造になるようにエッチングし、次に、その結果形成され
た間隙を、ｐ型キャリアでドーピングしたＩｎＰ５の上
部クラッド層で埋めることによって形成する。ＧａＩｎ
ＡｓＰ四元材料４とＩｎＰ５はそれぞれ３．３および３
という異なる屈折率を有するため、形成されたホログラ
フィ格子１０によって受け取った光波の一部を反射する
ことができる。
【０００８】たとえば、波長分割多重化（ＷＤＭ）を使
用した送信機を実現する場合、過度の反射を防ぐために
ブラッグ格子の長さＬを可能な限り短くしなければなら
ない。格子の長さが長いほど反射率が高くなる。ブラッ
グ格子の平均反射率は３０％を超えてはならない。
用した送信機を実現する場合、過度の反射を防ぐために
ブラッグ格子の長さＬを可能な限り短くしなければなら
ない。格子の長さが長いほど反射率が高くなる。ブラッ
グ格子の平均反射率は３０％を超えてはならない。
【０００９】さらに、屈折率差の大きい格子は、広いス
ペクトルウィンドウにわたって反射が実現可能なため、
多数の波長に使用可能であるという利点がある。
ペクトルウィンドウにわたって反射が実現可能なため、
多数の波長に使用可能であるという利点がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、屈折率差が大きく、典型的には１０μｍ以下の
短い長さＬにわたって反射率が高い（約３０％）半導体
ブラッグ反射器を提供することである。この目的のた
め、ブラッグ格子はきわめて高い係数κを有していなけ
ればならない。係数κは屈折率差と格子の厚さとに関係
があるため、格子はきわめて大きな屈折率差またはきわ
めて厚い厚さあるいはその両方を備えていなければなら
ない。
目的は、屈折率差が大きく、典型的には１０μｍ以下の
短い長さＬにわたって反射率が高い（約３０％）半導体
ブラッグ反射器を提供することである。この目的のた
め、ブラッグ格子はきわめて高い係数κを有していなけ
ればならない。係数κは屈折率差と格子の厚さとに関係
があるため、格子はきわめて大きな屈折率差またはきわ
めて厚い厚さあるいはその両方を備えていなければなら
ない。
【００１１】屈折率差が大きく、短い長さにわたって反
射率の高い半導体ブラッグを実現するために、従来の技
術ではいくつかの解決策がすでに考えられている。
射率の高い半導体ブラッグを実現するために、従来の技
術ではいくつかの解決策がすでに考えられている。
【００１２】第一の解決策は、格子の二つの構成要素材
料の間の屈折率差を大きくすることである。このため
に、四元材料の層４を、インジウムまたはリンあるいは
その両方を基礎にし、屈折率がより高い他の材料に置き
換える。残念ながら、格子を作るために使用される二つ
の材料が両方ともインジウムまたはリンあるいはその両
方を基礎としているため、屈折率の差はきわめてわずか
しかない。一般に、３から３．４の範囲内である。した
がって屈折率差は非常に限られており、一般には約０．
４であり、どのような場合でも１を超えることはできな
い。
料の間の屈折率差を大きくすることである。このため
に、四元材料の層４を、インジウムまたはリンあるいは
その両方を基礎にし、屈折率がより高い他の材料に置き
換える。残念ながら、格子を作るために使用される二つ
の材料が両方ともインジウムまたはリンあるいはその両
方を基礎としているため、屈折率の差はきわめてわずか
しかない。一般に、３から３．４の範囲内である。した
がって屈折率差は非常に限られており、一般には約０．
４であり、どのような場合でも１を超えることはできな
い。
【００１３】他の、より一般的な解決策は、光波が可能
な限り大きなコントラストを感知するように格子の厚さ
を厚くすることである。コントラストは、材料のタイプ
と格子の厚さ、すなわち四元材料層の厚さの両方に関係
する。残念ながら、この解決策では所望の性能が得られ
る反射器を実現することができない。四元材料内に形成
される間隙が深すぎる場合、充填材料すなわち上部クラ
ッド層の結晶品質を低下させずに充填ステップを行うの
は困難である。上部クラッド層の結晶品質が影響を受け
ると、光伝搬損失が生じ、したがって装置の性能が低下
し、ブラッグ係数κは高反射率を得られるのに十分な大
きさにならない。
な限り大きなコントラストを感知するように格子の厚さ
を厚くすることである。コントラストは、材料のタイプ
と格子の厚さ、すなわち四元材料層の厚さの両方に関係
する。残念ながら、この解決策では所望の性能が得られ
る反射器を実現することができない。四元材料内に形成
される間隙が深すぎる場合、充填材料すなわち上部クラ
ッド層の結晶品質を低下させずに充填ステップを行うの
は困難である。上部クラッド層の結晶品質が影響を受け
ると、光伝搬損失が生じ、したがって装置の性能が低下
し、ブラッグ係数κは高反射率を得られるのに十分な大
きさにならない。
【００１４】すでに研究されているの第三の解決策は、
反射器の入り口においてサンプルに溝を刻むことであ
る。この溝は、格子を形成する層を通るように形成す
る。この場合、光の一部を反射させ、それによって強め
合う干渉を生じさせることができるように、溝の長さを
正確に制御しなければならない。したがって、溝の幾何
形状に加えられる制約がきわめて厳しく、現在の技術で
満たすのは非常に困難である。その結果、この解決策は
有利であるとは考えられない。
反射器の入り口においてサンプルに溝を刻むことであ
る。この溝は、格子を形成する層を通るように形成す
る。この場合、光の一部を反射させ、それによって強め
合う干渉を生じさせることができるように、溝の長さを
正確に制御しなければならない。したがって、溝の幾何
形状に加えられる制約がきわめて厳しく、現在の技術で
満たすのは非常に困難である。その結果、この解決策は
有利であるとは考えられない。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明は、長さが短く、
屈折率差がきわめて大きいブラッグ反射器を製作する簡
単な方法を提案するため、上述の欠点を軽減することが
できる。
屈折率差がきわめて大きいブラッグ反射器を製作する簡
単な方法を提案するため、上述の欠点を軽減することが
できる。
【００１６】本発明は、第一に、ＩＩＩ−Ｖ族の材料の
基板上にエピタキシによって連続的に付着させた積み重
ねられた層上に半導体ブラッグ反射器を製作する方法で
あって、 ａ−前記積み重ねられた層のうちの一層上に四元材料の
停止層を付着させるステップと、 ｂ−前記停止層上に下部クラッド層を付着させるステッ
プと、 ｃ−前記下部クラッド層上に三元材料の層を付着させる
ステップと、 ｄ−前記三元材料の層を、所定の狭間構造になるように
局所的および選択的にエッチングするステップと、 ｅ−結果としてできる間隙が満たされ、第一のホログラ
フィ格子が形成されるように、上部クラッド層を付着さ
せるステップと、 ｆ−うねすなわちリッジ（ridge）が形成されるよう
に、前記停止層に達するまで前記上部クラッド層と、三
元材料の層と、下部クラッド層とを側部エッチングする
ステップと、 ｇ−前記三元材料を選択的に除去するように湿式エッチ
ングによって前記第一のホログラフィ格子をエッチング
し、それによって大きな屈折率差を有する別の格子構造
体を形成するステップとを含む方法を提供する。
基板上にエピタキシによって連続的に付着させた積み重
ねられた層上に半導体ブラッグ反射器を製作する方法で
あって、 ａ−前記積み重ねられた層のうちの一層上に四元材料の
停止層を付着させるステップと、 ｂ−前記停止層上に下部クラッド層を付着させるステッ
プと、 ｃ−前記下部クラッド層上に三元材料の層を付着させる
ステップと、 ｄ−前記三元材料の層を、所定の狭間構造になるように
局所的および選択的にエッチングするステップと、 ｅ−結果としてできる間隙が満たされ、第一のホログラ
フィ格子が形成されるように、上部クラッド層を付着さ
せるステップと、 ｆ−うねすなわちリッジ（ridge）が形成されるよう
に、前記停止層に達するまで前記上部クラッド層と、三
元材料の層と、下部クラッド層とを側部エッチングする
ステップと、 ｇ−前記三元材料を選択的に除去するように湿式エッチ
ングによって前記第一のホログラフィ格子をエッチング
し、それによって大きな屈折率差を有する別の格子構造
体を形成するステップとを含む方法を提供する。
【００１７】基板、下部クラッド層、および上部クラッ
ド層を構成する材料はＩｎＰであることが好ましい。
ド層を構成する材料はＩｎＰであることが好ましい。
【００１８】本発明はさらに、積み重ねられた層のうち
の一層がホログラフィ格子を形成する、ＩＩＩ−Ｖ族の
材料の基板上の複数の積み重ねられた層を含み、前記格
子を形成する前記一層がエアポケットすなわち空隙部と
ＩＩＩ−Ｖ族材料との交互の連続部を含む、半導体ブラ
ッグ反射器を提供する。
の一層がホログラフィ格子を形成する、ＩＩＩ−Ｖ族の
材料の基板上の複数の積み重ねられた層を含み、前記格
子を形成する前記一層がエアポケットすなわち空隙部と
ＩＩＩ−Ｖ族材料との交互の連続部を含む、半導体ブラ
ッグ反射器を提供する。
【００１９】格子を形成する層は２．５μｍから３．５
μｍの範囲の幅と１０μｍ以下の長さのリッジの形であ
ることが好ましい。
μｍの範囲の幅と１０μｍ以下の長さのリッジの形であ
ることが好ましい。
【００２０】したがって、本発明の方法は、きわめて大
きな屈折率差を有するブラッグ格子の実施を可能にす
る。ＩｎＰの屈折率は３であり、空気の屈折率は１であ
るため、反射器の屈折率差は２である。この屈折率差
は、ＩｎＰを基礎とする二つの材料の間の屈折率差より
もかなり大きい。この屈折率差の増大によって、ブラッ
グ係数が１０倍になる。本発明の反射器は、高い反射
率、すなわち約３０％の反射率を有する。
きな屈折率差を有するブラッグ格子の実施を可能にす
る。ＩｎＰの屈折率は３であり、空気の屈折率は１であ
るため、反射器の屈折率差は２である。この屈折率差
は、ＩｎＰを基礎とする二つの材料の間の屈折率差より
もかなり大きい。この屈折率差の増大によって、ブラッ
グ係数が１０倍になる。本発明の反射器は、高い反射
率、すなわち約３０％の反射率を有する。
【００２１】本発明の反射器におけるエッチングされた
リッジでは様々な深さが可能であり、反射器は他の光学
機能を果たす一つまたは複数の他の層を含むことができ
る。しかし、反射器の用途は、リッジのエッチングの深
さによって、すなわちたとえばリッジがウェーブガイド
機能など他の何らかの光学機能を含むかどうかによって
異なる。ある場合には、反射器はレーザ装置で使用さ
れ、他の場合には変調器またはウェーブガイドで使用さ
れる。
リッジでは様々な深さが可能であり、反射器は他の光学
機能を果たす一つまたは複数の他の層を含むことができ
る。しかし、反射器の用途は、リッジのエッチングの深
さによって、すなわちたとえばリッジがウェーブガイド
機能など他の何らかの光学機能を含むかどうかによって
異なる。ある場合には、反射器はレーザ装置で使用さ
れ、他の場合には変調器またはウェーブガイドで使用さ
れる。
【００２２】
【発明の実施の形態】本発明のその他の特徴および利点
は、非限定的な例として示す以下の説明を添付図を参照
しながら読めば明らかになる。
は、非限定的な例として示す以下の説明を添付図を参照
しながら読めば明らかになる。
【００２３】この方法の第一段階は、図２Ａに示す垂直
構造を形成することである。このために、たとえばＩｎ
ＰなどのＩＩＩ−Ｖ族材料で作られた基板１０上に、複
数の連続する層２０、３０、４０、５０、６０をエピタ
キシャル成長させる。基板は、たとえばｎ型キャリアな
どの第一のタイプのキャリアをドーピングしたＩｎＰで
できていることが好ましい。当然ながら、基板１０は、
積層させる様々な層の成長を促進する役割を果たす緩衝
層で被覆することができる。図２Ａにはこの緩衝層は図
示されていない。
構造を形成することである。このために、たとえばＩｎ
ＰなどのＩＩＩ−Ｖ族材料で作られた基板１０上に、複
数の連続する層２０、３０、４０、５０、６０をエピタ
キシャル成長させる。基板は、たとえばｎ型キャリアな
どの第一のタイプのキャリアをドーピングしたＩｎＰで
できていることが好ましい。当然ながら、基板１０は、
積層させる様々な層の成長を促進する役割を果たす緩衝
層で被覆することができる。図２Ａにはこの緩衝層は図
示されていない。
【００２４】図２Ａに示す例では、基板１０を被う層２
０はウェーブガイド層を構成し、「活性層」とも呼ぶ。
これは、ＩｎＰの層と四元材料の層の交互の連続から成
ることが好ましい。一実施形態では、１００Å（１Å＝
１０-10メートル）の厚さのＩｎＰでできた２０層と１
００Åの厚さの四元材料でできた２０層とが交互になっ
た層を含む。
０はウェーブガイド層を構成し、「活性層」とも呼ぶ。
これは、ＩｎＰの層と四元材料の層の交互の連続から成
ることが好ましい。一実施形態では、１００Å（１Å＝
１０-10メートル）の厚さのＩｎＰでできた２０層と１
００Åの厚さの四元材料でできた２０層とが交互になっ
た層を含む。
【００２５】層３０は、たとえばリン化インジウム（Ｉ
ｎＰ）でできており、活性層を埋めることができる。層
３０は約３００Åの厚さにわたって付着させる。
ｎＰ）でできており、活性層を埋めることができる。層
３０は約３００Åの厚さにわたって付着させる。
【００２６】層４０は停止層を構成する。この層は、約
５０Åの厚さにわたる、たとえばＧａＩｎＡｓＰタイプ
の四元材料でできていることが好ましい。この層の目的
については、図２Ｄを参照しながら後述する。
５０Åの厚さにわたる、たとえばＧａＩｎＡｓＰタイプ
の四元材料でできていることが好ましい。この層の目的
については、図２Ｄを参照しながら後述する。
【００２７】層５０は下部クラッド層を構成する。この
層は約４５０Åの厚さにわたるＩｎＰでできていること
が好ましい。
層は約４５０Åの厚さにわたるＩｎＰでできていること
が好ましい。
【００２８】最後に、層６０は反射器のホログラフィ格
子を形成するために使用される。この層は、たとえばＧ
ａＩｎＡｓタイプの三元材料でできていることが好まし
く、厚さは１０００Åである。
子を形成するために使用される。この層は、たとえばＧ
ａＩｎＡｓタイプの三元材料でできていることが好まし
く、厚さは１０００Åである。
【００２９】この垂直構造を１０μｍ以下の長さにわた
って形成する。この長さは、一般に約６００μｍの長さ
であるレーザキャビティの長さと比較してきわめて短
い。
って形成する。この長さは、一般に約６００μｍの長さ
であるレーザキャビティの長さと比較してきわめて短
い。
【００３０】この垂直構造を形成した後は、この製作方
法の後続ステップはホログラフィ格子を形成することで
ある。このために、まず、三元材料の層６０を所定の格
子構成になるように局所的および選択的にエッチングす
る（図２Ｂ）。このようにして、三元材料内に間隙６１
が形成され、下部クラッド層５０が露出する。たとえ
ば、このエッチングは、０℃に維持された、硫酸と過酸
化水素と水とをそれぞれ１０：１：１の割合で含む溶液
を使用して、湿式エッチングによって行うことができ
る。エッチング持続時間は３秒を超えてはならないため
きわめて短い。エッチングの前に、エッチングステップ
用のマスクの役割を果たす従来の樹脂を、三元材料の層
６０の表面上に付着させる。変形態様では、従来の乾式
エッチング方法の使用を考慮することもまったく可能で
ある。
法の後続ステップはホログラフィ格子を形成することで
ある。このために、まず、三元材料の層６０を所定の格
子構成になるように局所的および選択的にエッチングす
る（図２Ｂ）。このようにして、三元材料内に間隙６１
が形成され、下部クラッド層５０が露出する。たとえ
ば、このエッチングは、０℃に維持された、硫酸と過酸
化水素と水とをそれぞれ１０：１：１の割合で含む溶液
を使用して、湿式エッチングによって行うことができ
る。エッチング持続時間は３秒を超えてはならないため
きわめて短い。エッチングの前に、エッチングステップ
用のマスクの役割を果たす従来の樹脂を、三元材料の層
６０の表面上に付着させる。変形態様では、従来の乾式
エッチング方法の使用を考慮することもまったく可能で
ある。
【００３１】次に、上部クラッド層７０を成長させるこ
とによって、三元材料の層６０内に形成された間隙６１
を満たす。上部クラッド層は、下部クラッド層５０と同
じ材料、すなわちＩｎＰでできていることが好ましい。
さらに、図２Ａから図２Ｅに示す例では、上部クラッド
層を第二のタイプすなわちｐ型のキャリアによってドー
ピングする。三元材料の層６０の厚さは約１００ｎｍで
あるため、充填材料７０の結晶品質の低下の問題を回避
するのに十分な薄さである。
とによって、三元材料の層６０内に形成された間隙６１
を満たす。上部クラッド層は、下部クラッド層５０と同
じ材料、すなわちＩｎＰでできていることが好ましい。
さらに、図２Ａから図２Ｅに示す例では、上部クラッド
層を第二のタイプすなわちｐ型のキャリアによってドー
ピングする。三元材料の層６０の厚さは約１００ｎｍで
あるため、充填材料７０の結晶品質の低下の問題を回避
するのに十分な薄さである。
【００３２】図２Ｃに示すように間隙６１に上部クラッ
ド層７０を充填することによって、ホログラフィ格子構
造を有する埋込み層８０を形成することが可能になる。
この層８０は、屈折率の異なる二つの材料から成る。こ
の層は、エッチングによって除去されなかった三元材料
ＧａＩｎＡｓ６０と、上部クラッド層７０を構成するＩ
ｎＰ ＩＩＩ−Ｖ材料とから成る。
ド層７０を充填することによって、ホログラフィ格子構
造を有する埋込み層８０を形成することが可能になる。
この層８０は、屈折率の異なる二つの材料から成る。こ
の層は、エッチングによって除去されなかった三元材料
ＧａＩｎＡｓ６０と、上部クラッド層７０を構成するＩ
ｎＰ ＩＩＩ−Ｖ材料とから成る。
【００３３】その結果形成された格子構造８０を側部エ
ッチングして、図２Ｄに示すようなリッジを形成する。
このために、停止層４０に達するまで上部クラッド層７
０、三元材料の層６０、および下部クラッド層５０を側
方向にエッチングする。このリッジは、四元材料の停止
層４０内までエッチングしないかエッチングすることが
きわめて困難であるとわかっている、たとえば反応性イ
オンエッチング（ＲＩＥ）などの従来の乾式エッチング
方法を使用して形成することが好ましい。したがって、
リッジのエッチングは停止層４０で停止する。リッジの
幅ｌは２．５μｍ〜３．５μｍの範囲内であることが好
ましい。
ッチングして、図２Ｄに示すようなリッジを形成する。
このために、停止層４０に達するまで上部クラッド層７
０、三元材料の層６０、および下部クラッド層５０を側
方向にエッチングする。このリッジは、四元材料の停止
層４０内までエッチングしないかエッチングすることが
きわめて困難であるとわかっている、たとえば反応性イ
オンエッチング（ＲＩＥ）などの従来の乾式エッチング
方法を使用して形成することが好ましい。したがって、
リッジのエッチングは停止層４０で停止する。リッジの
幅ｌは２．５μｍ〜３．５μｍの範囲内であることが好
ましい。
【００３４】最後に、本発明の製作方法の最終ステップ
は、きわめて大きな屈折率差を有するブラッグ格子を実
現するのにきわめて重要なステップである。これは、Ｉ
ｎＰとＩｎＧａＡｓとでできたホログラフィ格子構造８
０をエッチングして、ＩｎＧａＡｓ三元材料６０を選択
的に除去することにある。このように、三元材料の代わ
りに図２Ｅで参照符号６２で示されている空隙部を周期
的に形成する。
は、きわめて大きな屈折率差を有するブラッグ格子を実
現するのにきわめて重要なステップである。これは、Ｉ
ｎＰとＩｎＧａＡｓとでできたホログラフィ格子構造８
０をエッチングして、ＩｎＧａＡｓ三元材料６０を選択
的に除去することにある。このように、三元材料の代わ
りに図２Ｅで参照符号６２で示されている空隙部を周期
的に形成する。
【００３５】この選択的エッチングによって、第一の格
子構造８０を、空隙部６２とＩｎＰ７０とから成り、Ｉ
ｎＰ／ＩｎＧａＡｓ格子の屈折率差よりもかなり大きい
きわめて大きな屈折率差を有する、図２Ｅで参照符号８
１で示されている第二の格子構造で置き換えることが可
能になる。ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓホログラフィ格子の屈
折率差は約０．３であるが、本発明の反射器のホログラ
フィ格子８１は、屈折率が３のＩｎＰと屈折率が１の空
気とから成るため、屈折率差は２である。この大きな屈
折率差によってさらに、ブラッグ係数κを１０倍にする
ことが可能である。
子構造８０を、空隙部６２とＩｎＰ７０とから成り、Ｉ
ｎＰ／ＩｎＧａＡｓ格子の屈折率差よりもかなり大きい
きわめて大きな屈折率差を有する、図２Ｅで参照符号８
１で示されている第二の格子構造で置き換えることが可
能になる。ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓホログラフィ格子の屈
折率差は約０．３であるが、本発明の反射器のホログラ
フィ格子８１は、屈折率が３のＩｎＰと屈折率が１の空
気とから成るため、屈折率差は２である。この大きな屈
折率差によってさらに、ブラッグ係数κを１０倍にする
ことが可能である。
【００３６】第一に格子構造内に空隙部を形成するため
にＧａＩｎＡｓ三元材料を急速にエッチングするのに適
し、第二に停止層４０を形成する四元材料ＧａＩｎＡｓ
Ｐと、下部クラッド層５０および上部クラッド層７０を
形成するＩｎＰとをきわめてゆっくりとエッチングする
のに適した溶液を使用して湿式エッチングすることによ
って、格子の選択的エッチングが行われるので有利であ
る。
にＧａＩｎＡｓ三元材料を急速にエッチングするのに適
し、第二に停止層４０を形成する四元材料ＧａＩｎＡｓ
Ｐと、下部クラッド層５０および上部クラッド層７０を
形成するＩｎＰとをきわめてゆっくりとエッチングする
のに適した溶液を使用して湿式エッチングすることによ
って、格子の選択的エッチングが行われるので有利であ
る。
【００３７】この溶液は、０℃に維持され、硫酸と過酸
化水素と水とを１：３：１０の割合で含むことが好まし
い。エッチング持続時間は、４０秒から５０秒の範囲の
長さであり、４５秒間であることが好ましい。このよう
な溶液を使用して、三元材料を四元材料またはＩｎＰの
約１０倍の速さでエッチングする。
化水素と水とを１：３：１０の割合で含むことが好まし
い。エッチング持続時間は、４０秒から５０秒の範囲の
長さであり、４５秒間であることが好ましい。このよう
な溶液を使用して、三元材料を四元材料またはＩｎＰの
約１０倍の速さでエッチングする。
【００３８】ＩｎＰ／空隙部ホログラフィ格子８１は、
三元材料の層６０の厚さに対応する厚さ、すなわち約１
００ｎｍにわたって形成する。
三元材料の層６０の厚さに対応する厚さ、すなわち約１
００ｎｍにわたって形成する。
【００３９】格子のピッチは、反射させる光波の波長に
応じて決める。したがって、たとえばブラッグ反射器を
レーザ装置で使用する場合は、格子のピッチはレーザキ
ャビティに向けて反射される光波の波長が約１．５５μ
ｍになるようにする。したがってこの場合、格子のピッ
チは２３７ｎｍから２４０ｎｍまでの範囲である。
応じて決める。したがって、たとえばブラッグ反射器を
レーザ装置で使用する場合は、格子のピッチはレーザキ
ャビティに向けて反射される光波の波長が約１．５５μ
ｍになるようにする。したがってこの場合、格子のピッ
チは２３７ｎｍから２４０ｎｍまでの範囲である。
【００４０】結果として形成されたブラッグ反射器によ
って３０％の反射率を得ることができる。さらに、大き
な屈折率差の結果として、反射は広帯域である。すなわ
ち、３０％の反射が広いスペクトルウィンドウにわたっ
て得られる。スペクトルウィンドウの幅は２５ｎｍから
３０ｎｍの範囲である。その結果、ブラッグ反射器によ
ってさらに、多数の波長に使用可能であるという利点が
得られる。
って３０％の反射率を得ることができる。さらに、大き
な屈折率差の結果として、反射は広帯域である。すなわ
ち、３０％の反射が広いスペクトルウィンドウにわたっ
て得られる。スペクトルウィンドウの幅は２５ｎｍから
３０ｎｍの範囲である。その結果、ブラッグ反射器によ
ってさらに、多数の波長に使用可能であるという利点が
得られる。
【００４１】上述の反射器は、ホログラフィ格子だけが
リッジの形にエッチングされているため、浅いリッジを
有する。このような浅いリッジの反射器は、特にレーザ
装置で光エネルギーをレーザキャビティに帰還させるた
めおよびレーザキャビティを連続的に発振させるために
使用される。
リッジの形にエッチングされているため、浅いリッジを
有する。このような浅いリッジの反射器は、特にレーザ
装置で光エネルギーをレーザキャビティに帰還させるた
めおよびレーザキャビティを連続的に発振させるために
使用される。
【００４２】ブラッグ反射器の変形実施形態の透視図を
図３に示す。この変形形態では、リッジの幾何形状だけ
が変更されている。活性層２０もリッジの形になるよう
に側部エッチングを拡張する。このリッジは、たとえば
反応性イオンエッチングなどの乾式エッチング法を使用
して単一のステップでエッチングすることができる。
図３に示す。この変形形態では、リッジの幾何形状だけ
が変更されている。活性層２０もリッジの形になるよう
に側部エッチングを拡張する。このリッジは、たとえば
反応性イオンエッチングなどの乾式エッチング法を使用
して単一のステップでエッチングすることができる。
【００４３】この場合、活性層はもはやＩｎＰの層３０
によって保護されていないため、ＩｎＰ／ＧａＩｎＡｓ
の第一のホログラフィ格子をエッチングするステップ
は、ＧａＩｎＡｓを除去してそれを空隙部に置き換える
ために、きわめて選択的に行うことおよび活性層２０を
構成するＩｎＰとＧａＩｎＡｓＰ四元材料をエッチング
しないかまたはゆっくりとエッチングするだけにして前
記活性層が損傷しないようにすることが重要である。
によって保護されていないため、ＩｎＰ／ＧａＩｎＡｓ
の第一のホログラフィ格子をエッチングするステップ
は、ＧａＩｎＡｓを除去してそれを空隙部に置き換える
ために、きわめて選択的に行うことおよび活性層２０を
構成するＩｎＰとＧａＩｎＡｓＰ四元材料をエッチング
しないかまたはゆっくりとエッチングするだけにして前
記活性層が損傷しないようにすることが重要である。
【００４４】この場合、その結果として形成されるリッ
ジはきわめて深い。この深いリッジタイプの反射器はレ
ーザ装置には使用することができない。しかし、変調器
やウェーブガイドに使用することができる。
ジはきわめて深い。この深いリッジタイプの反射器はレ
ーザ装置には使用することができない。しかし、変調器
やウェーブガイドに使用することができる。
【図１Ａ】従来のブラッグ反射器の縦断面を示す図であ
る。
る。
【図１Ｂ】従来のブラッグ反射器の横断面を示す図であ
る。
る。
【図２Ａ】製作中の本発明のブラッグ反射器の縦断面図
である。
である。
【図２Ｂ】製作中の本発明のブラッグ反射器の縦断面図
である。
である。
【図２Ｃ】製作中の本発明のブラッグ反射器の縦断面図
である。
である。
【図２Ｄ】製作中の本発明のブラッグ反射器の横断面図
である。
である。
【図２Ｅ】完全に完成した本発明のブラッグ反射器の透
視図である。
視図である。
【図３】ブラッグ反射器の変形実施形態を示す透視図で
ある。
ある。
１０ 基板 ２０ ウェーブガイド層 ４０ 停止層 ５０ 下部クラッド層 ６０ 三元材料層 ６２ 空隙部 ７０ 上部クラッド層 ８０ ホログラフィ格子構造 ８１ ホログラフィ格子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ // Ｈ０１Ｌ 33/00 Ｈ０１Ｌ 33/00 Ｂ (72)発明者 アンス・ビセシユール フランス国、75014・パリ、リユ・モレー ル・23 (72)発明者 アラン・ボデール フランス国、91680・ブリユイエール・ ル・シヤテル、リユ・ドユ・プレ・ダルニ ー・１ (72)発明者 フランソワ・ブリユエ フランス国、92140・クラマール、リユ・ デ・サブロン・57 (72)発明者 ジヤン・ルイ・ジヤントナー フランス国、91190・ジフ・シユール・イ ベツト、アレ・デ・ロン・レアージユ・３ (72)発明者 カトリーヌ・グラベール フランス国、91290・アルパジヨン、レジ ダンス・デ・テイヨル・３
Claims (11)
- 【請求項１】 ＩＩＩ−Ｖ族の材料の基板上にエピタキ
シによって連続的に付着させた積み重ねられた層上に半
導体ブラッグ反射器を製作する方法であって、 ａ．前記積み重ねられた層のうちの一層上に四元材料の
停止層を付着させるステップと、 ｂ．前記停止層上に下部クラッド層を付着させるステッ
プと、 ｃ．前記下部クラッド層上に三元材料の層を付着させる
ステップと、 ｄ．前記三元材料の層を、所定の狭間構造になるように
局所的および選択的にエッチングするステップと、 ｅ．結果としてできる間隙が満たされ、第一のホログラ
フィ格子が形成されるように、上部クラッド層を付着さ
せるステップと、 ｆ．リッジが形成されるように、前記停止層に達するま
で前記上部クラッド層と、三元材料の層と、下部クラッ
ド層とを側部エッチングするステップと、 ｇ．前記三元材料を選択的に除去するように湿式エッチ
ングによって前記第一のホログラフィ格子をエッチング
し、それによって大きな屈折率差を有する別の格子構造
体を形成するステップとを含む方法。 - 【請求項２】 第一のホログラフィ格子の選択的湿式エ
ッチングが、０℃に維持され硫酸と過酸化水素と水とを
それぞれ１：３：１０の割合で含む溶液を使用して行わ
れる、請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 第一のホログラフィ格子の選択的湿式エ
ッチングが、４０秒から５０秒の範囲の持続時間の間行
われる、請求項１に記載の方法。 - 【請求項４】 三元材料の層がＧａＩｎＡｓでできてい
る、請求項１に記載の方法。 - 【請求項５】 基板、下部クラッド層、および上部クラ
ッド層がＩｎＰなどのＩＩＩ−Ｖ材料でできている、請
求項１に記載の方法。 - 【請求項６】 停止層がＧａＩｎＡｓＰでできている、
請求項１に記載の方法。 - 【請求項７】 リッジの側部エッチングを、積み重ねら
れた層内に及ぼす追加のステップをさらに含む、請求項
１に記載の方法。 - 【請求項８】 ＩＩＩ−Ｖ族の材料の基板上の複数の積
み重ねられた層を含み、前記積み重ねられた層のうちの
一層がホログラフィ格子を形成し、ホログラフィ格子を
形成する前記一層が空隙部とＩＩＩ−Ｖ族材料との交互
の連続部を含む、半導体ブラッグ反射器。 - 【請求項９】 ＩＩＩ−Ｖ族材料がＩｎＰである、請求
項８に記載のブラッグ反射器。 - 【請求項１０】 ホログラフィ格子を形成する層が約１
００ｎｍの厚さを有する、請求項８に記載のブラッグ反
射器。 - 【請求項１１】 格子を形成する層が、約２．５μｍか
ら３．５μｍの範囲の幅と１０μｍ以下の長さのリッジ
の形である、請求項８に記載の方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9708010 | 1997-06-26 | ||
| FR9708010A FR2765347B1 (fr) | 1997-06-26 | 1997-06-26 | Reflecteur de bragg en semi-conducteur et procede de fabrication |
Publications (2)
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|---|---|
| JPH1172634A true JPH1172634A (ja) | 1999-03-16 |
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| JP18031298A Expired - Fee Related JP3418553B2 (ja) | 1997-06-26 | 1998-06-26 | 半導体ブラッグ反射器および前記反射器の製作方法 |
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|---|---|
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| EP (1) | EP0887668A1 (ja) |
| JP (1) | JP3418553B2 (ja) |
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| US6643305B2 (en) | 2000-04-07 | 2003-11-04 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Optical pumping injection cavity for optically pumped devices |
| US6858834B2 (en) * | 2000-10-18 | 2005-02-22 | Fibera, Inc. | Light wavelength meter |
| US6795459B2 (en) | 2000-10-18 | 2004-09-21 | Fibera, Inc. | Light frequency locker |
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| WO2003009025A1 (en) * | 2001-07-16 | 2003-01-30 | Massachusetts Institute Of Technology | Grating in a high index contrast strip or channel waveguide and method of forming the same |
| US20030017421A1 (en) * | 2001-07-18 | 2003-01-23 | Miri Park | Holographic grating fabrication using mirror with surface curvature |
| US6748138B2 (en) * | 2001-09-14 | 2004-06-08 | Fibera, Inc. | Optical grating fabrication |
| US6804060B1 (en) | 2001-09-28 | 2004-10-12 | Fibera, Inc. | Interference filter fabrication |
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| US6649439B1 (en) * | 2002-08-01 | 2003-11-18 | Northrop Grumman Corporation | Semiconductor-air gap grating fabrication using a sacrificial layer process |
| US6944373B2 (en) * | 2002-08-01 | 2005-09-13 | Northrop Grumman Corporation | High index-step grating fabrication using a regrowth-over-dielectric process |
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| US9064980B2 (en) | 2011-08-25 | 2015-06-23 | Palo Alto Research Center Incorporated | Devices having removed aluminum nitride sections |
| US8908161B2 (en) | 2011-08-25 | 2014-12-09 | Palo Alto Research Center Incorporated | Removing aluminum nitride sections |
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-
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- 1998-06-23 US US09/102,655 patent/US6023354A/en not_active Expired - Lifetime
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |