JPS58171004A - 半導体光導波路装置 - Google Patents
半導体光導波路装置Info
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- JPS58171004A JPS58171004A JP5327982A JP5327982A JPS58171004A JP S58171004 A JPS58171004 A JP S58171004A JP 5327982 A JP5327982 A JP 5327982A JP 5327982 A JP5327982 A JP 5327982A JP S58171004 A JPS58171004 A JP S58171004A
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- JP
- Japan
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- crystal
- substrate
- optical waveguide
- semiconductor optical
- znse
- Prior art date
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- Pending
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-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/13—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
- G02B6/131—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by using epitaxial growth
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
・発明の技術分野
本発明は、半導体を用いた先導波路装置に関するもので
ある。
ある。
従来技術と問題点
従来のこの稲光導波路装置Iは、エポキシやボリクレタ
ンなどの有識材料、ガラス材料あるいはLiN40aや
GmAIAz/GmAaヘテロ構造などの単結晶で製作
されていた。しかし、有機材料では熱的、化学的安定性
の点で問題が残されており、ガラス材料やL番NhOa
では材料製造技術に問題が残されており、さらに半導体
製造分野ですでに確立されている加工技術の適用が難し
いという欠点も有していた。有機材、料、ガラス材料あ
るいはLiNb0.などの誘電体材料では、先導波路装
置や光変調器などの周辺素子として必要不可決な半導体
レーザや受光−子などの半導体素子との集積化が不可能
であるという致命的な欠点も有していた。GaAIJb
/GaAzヘテロ構造結晶は半導体である為、上述の集
積化が可能であるが、化学的4:不安定なAt元素を含
むため1:信頼性4:問題があったり、基板結晶のGg
Alとの屈折率差を大きくとれないという欠点もあった
。屈折率差を任意C;大きくとれないという点では、従
来のガラス材料や誘電体材料I:も共通する欠点である
。
ンなどの有識材料、ガラス材料あるいはLiN40aや
GmAIAz/GmAaヘテロ構造などの単結晶で製作
されていた。しかし、有機材料では熱的、化学的安定性
の点で問題が残されており、ガラス材料やL番NhOa
では材料製造技術に問題が残されており、さらに半導体
製造分野ですでに確立されている加工技術の適用が難し
いという欠点も有していた。有機材、料、ガラス材料あ
るいはLiNb0.などの誘電体材料では、先導波路装
置や光変調器などの周辺素子として必要不可決な半導体
レーザや受光−子などの半導体素子との集積化が不可能
であるという致命的な欠点も有していた。GaAIJb
/GaAzヘテロ構造結晶は半導体である為、上述の集
積化が可能であるが、化学的4:不安定なAt元素を含
むため1:信頼性4:問題があったり、基板結晶のGg
Alとの屈折率差を大きくとれないという欠点もあった
。屈折率差を任意C;大きくとれないという点では、従
来のガラス材料や誘電体材料I:も共通する欠点である
。
I s 1−2GazAz yPl −y/InF へ
テロ構造結晶は、1戸罵帯の発光、受光素子のみならず
光集積回路の材料としても重要であり、最近盛んに研究
されている。
テロ構造結晶は、1戸罵帯の発光、受光素子のみならず
光集積回路の材料としても重要であり、最近盛んに研究
されている。
光集積回路の実現−二は光導波路や変調器が不可欠であ
るが、この1%1−2 Ga3A# yPl−3y’I
m?ヘテロ構造結晶での報告例は非常6:少ない。また
例え、この材料で先導波路、などの光回路を構成しても
、格子整合の条件から禁制帯エネルギーの大きなZsl
−zGすAIyPl−y結晶を得ることができず、こ
のため0.92声島以下の短波長の光に対しては伝搬損
失が大きすぎて使用不可である。従って現在盛ん6;研
究されているGaAIA#/G@A#レーずの光も使J
@ネ可となる欠点を有している。
るが、この1%1−2 Ga3A# yPl−3y’I
m?ヘテロ構造結晶での報告例は非常6:少ない。また
例え、この材料で先導波路、などの光回路を構成しても
、格子整合の条件から禁制帯エネルギーの大きなZsl
−zGすAIyPl−y結晶を得ることができず、こ
のため0.92声島以下の短波長の光に対しては伝搬損
失が大きすぎて使用不可である。従って現在盛ん6;研
究されているGaAIA#/G@A#レーずの光も使J
@ネ可となる欠点を有している。
発明の目的
本発明の目的は、化学的4二安定で信頼性が高く、先生
導体素子との集積化6:適し、かつ可視光から赤外光に
亘る広い波長範囲で使用可能な半導体先導波路装置を提
供すること感;ある。
導体素子との集積化6:適し、かつ可視光から赤外光に
亘る広い波長範囲で使用可能な半導体先導波路装置を提
供すること感;ある。
発明の構成
上記の目的は、zsS−結晶及びこれと略々格子整合し
たエビタキVヤル成長IN、 −、GすAIyP1−y
結晶のへテロ構造から成る本発明の先導波路装[1:よ
って達成される。
たエビタキVヤル成長IN、 −、GすAIyP1−y
結晶のへテロ構造から成る本発明の先導波路装[1:よ
って達成される。
発明の実施例
先導波路や光度調器を製作する6二は、材料中1=屈折
率の異なる領域をもうける必要があり、そのため−二は
材料の一部分に不純物を導入して屈折率を変えたり、あ
るいは異種材料を堆積させたり結晶成長させたりしなけ
ればならない。第1図は本14 明1: 用イ4E)
If −ayGgxAjyPl−y結晶の組成比’IF
をZF&S−基板1二格子整合するように変化させたと
fk’Qf% 1−3G@zAI yPl −y結晶の
禁制帯エネルギーを組成比yc対してプロットしたもの
である。すなわち、In1−3GazAz yPl−y
結晶の組成比yを変化させ、このときこの結晶の格子定
数がZWhS−結晶の格子定数5.6681と等しくな
るよう4=lii成比Sを変えたときの、禁制帯エネル
ギーを組成比yc対1してプロットしたものである。先
導波路あるいは光変調器として使用可能となる光は、こ
の禁制帯エネルギー感=対応した波長以上の長波長の光
であり、従って図より0.65声富以上の波長の光を導
波できることがわかる。0.65μ欝の波長は可視光で
あり、従って可視光の先導波路が可能となる。基板+:
IMP (格子定数5.869A )を用いた従来例
では、上記格子整合の条件から禁制帯エネルギーの最大
値が制限され、可視光を導波できない。
率の異なる領域をもうける必要があり、そのため−二は
材料の一部分に不純物を導入して屈折率を変えたり、あ
るいは異種材料を堆積させたり結晶成長させたりしなけ
ればならない。第1図は本14 明1: 用イ4E)
If −ayGgxAjyPl−y結晶の組成比’IF
をZF&S−基板1二格子整合するように変化させたと
fk’Qf% 1−3G@zAI yPl −y結晶の
禁制帯エネルギーを組成比yc対してプロットしたもの
である。すなわち、In1−3GazAz yPl−y
結晶の組成比yを変化させ、このときこの結晶の格子定
数がZWhS−結晶の格子定数5.6681と等しくな
るよう4=lii成比Sを変えたときの、禁制帯エネル
ギーを組成比yc対1してプロットしたものである。先
導波路あるいは光変調器として使用可能となる光は、こ
の禁制帯エネルギー感=対応した波長以上の長波長の光
であり、従って図より0.65声富以上の波長の光を導
波できることがわかる。0.65μ欝の波長は可視光で
あり、従って可視光の先導波路が可能となる。基板+:
IMP (格子定数5.869A )を用いた従来例
では、上記格子整合の条件から禁制帯エネルギーの最大
値が制限され、可視光を導波できない。
第2図は、光導波路、光変調器の重要な設計パラメータ
である181−gG@zAIyP1−yとjins−と
の屈折率差を光エネルギー虐;対してプロットしたもの
である。図中のΔ魯は1*1−gGazAgPl−1の
屈折率%1とjlnsaの屈折率、との蓋、すなわち6
11m1l、−町である。広範題のy値−二亘って十分
な大きさの屈折率Δ鴇が実現できることが判る。
である181−gG@zAIyP1−yとjins−と
の屈折率差を光エネルギー虐;対してプロットしたもの
である。図中のΔ魯は1*1−gGazAgPl−1の
屈折率%1とjlnsaの屈折率、との蓋、すなわち6
11m1l、−町である。広範題のy値−二亘って十分
な大きさの屈折率Δ鴇が実現できることが判る。
第5図は、本発明4:よるI’lh 1−xG@sAI
yP< −y’Zvhsaへテロ構造結晶を用いた光
導波路の例である。(a)は盛土形、(勾はりフジ形、
(C)は平凸形、(d)は拡散形、(−)は埋込形であ
る。図中の1は7sl −、GすAIyP、−、# 2
はz*sa 、(e)及び(−)g中の5はJISs−
または1のIs 1−gG@HAs y Pl−1より
も禁制帯エネルギーの大きい(すなわちyの値の小さい
) l51−、Gg。
yP< −y’Zvhsaへテロ構造結晶を用いた光
導波路の例である。(a)は盛土形、(勾はりフジ形、
(C)は平凸形、(d)は拡散形、(−)は埋込形であ
る。図中の1は7sl −、GすAIyP、−、# 2
はz*sa 、(e)及び(−)g中の5はJISs−
または1のIs 1−gG@HAs y Pl−1より
も禁制帯エネルギーの大きい(すなわちyの値の小さい
) l51−、Gg。
AIyPl−yであり、(j)図中の4は7s1−3G
@zAI yPl−ylの一部1;不純物を導入して屈
折率を大きくした領域である。光導波路の条件として、
第S図の1%1−alGaxAI yP 1−y 1
(D 材料(D 1jA 折率力、1%8m 2 ア4
イは2%S−等3の材料の屈折率よりも大きくなけれ
ばならないが、これは第2図からも明らかなよう6二容
易4;満たすことができる条件である。
@zAI yPl−ylの一部1;不純物を導入して屈
折率を大きくした領域である。光導波路の条件として、
第S図の1%1−alGaxAI yP 1−y 1
(D 材料(D 1jA 折率力、1%8m 2 ア4
イは2%S−等3の材料の屈折率よりも大きくなけれ
ばならないが、これは第2図からも明らかなよう6二容
易4;満たすことができる条件である。
第4図は本発明を光変調器−二応用した場合の一例であ
り、5はIn1−2GazA#yP1−y結晶、6はj
l絡sa結晶、7はオーミック電極、8は変調器用の電
極であり、また図中の矢印は光波である。この場合、Z
−一結晶の基板6として低抵抗のものを使用する。
り、5はIn1−2GazA#yP1−y結晶、6はj
l絡sa結晶、7はオーミック電極、8は変調器用の電
極であり、また図中の矢印は光波である。この場合、Z
−一結晶の基板6として低抵抗のものを使用する。
光度−を効率よくおこなうためには、 1s1−ayG
gxAjyPl−y結晶5を高抵抗にして変調器用の電
極8をオーミック電極とするか、あるいは低抵抗4二し
て電流を流れやすくしたり、l51−、Ga!AzyP
1−y結晶5の領域5二p −s接合を形成してこの接
合の逆バイアス電界−二よる電気光学効果を利用しても
よい。
gxAjyPl−y結晶5を高抵抗にして変調器用の電
極8をオーミック電極とするか、あるいは低抵抗4二し
て電流を流れやすくしたり、l51−、Ga!AzyP
1−y結晶5の領域5二p −s接合を形成してこの接
合の逆バイアス電界−二よる電気光学効果を利用しても
よい。
この素子の使用可能な波長領域は1%1−1tG#zJ
LIyP1−y結晶5のA#組成比yで決定され、第1
図で示したごと(0,65μ講以上の可視光から赤外光
までの広い範囲で可能となる。
LIyP1−y結晶5のA#組成比yで決定され、第1
図で示したごと(0,65μ講以上の可視光から赤外光
までの広い範囲で可能となる。
vihs図(1)の装置の製造オ法を説明する。まず高
圧溶融法で育成したZsS−結晶を基板方向が(001
)となるよう4:切出して表面研磨を行ない、引続いて
塩酸と銅鍍の1対1混液で約1分間エツチングを行なう
ことC:より、ZnS−結晶の基板2を作成する。次C
:、このj1msm結晶の基板2を2X10−’程度以
上の高真空中4:おいて、基板温度を450’C±15
0”Cの範囲1:保ち、分子線エビタキシヤi法で基板
2の上C1μm11程度の成長適度で、l1h1−2G
IXsAIyP、−y結晶1を1〜5声鵬の厚み4:成
長させる。組成比XとyはIs 、 Ga 、 A#及
びPの分子線強度比4=より、Z%S−結晶基板との格
子整合カド可能な組合せの範囲内で所望の値6;設定す
る。−例として、:I:α1.0及びyc=′1.0の
場合の結晶、すなわちGgAz結晶な王妃の条件のもと
で成長させまた。引続き、慣用のホトエツチング手法に
よりホトレジストのエツチングマスクを成長層上C;形
成し、硫jls過鹸化水素水8水−1冨1:3の混液−
二よりエツチングを行ない、成員層の周辺部を除去し、
115図(−)の構造の先導波路装置を作成した。この
よう1ニジて得た先導波路装置は、波長IJpIBの半
導体レーデ光を十分導波し、所望の特性な賓することを
確認した。なお分子線エビタキVヤル法に代えて液相エ
ピタキシャルによりIs 1−51−5G#yP1−y
結晶を成長させることもできる。
圧溶融法で育成したZsS−結晶を基板方向が(001
)となるよう4:切出して表面研磨を行ない、引続いて
塩酸と銅鍍の1対1混液で約1分間エツチングを行なう
ことC:より、ZnS−結晶の基板2を作成する。次C
:、このj1msm結晶の基板2を2X10−’程度以
上の高真空中4:おいて、基板温度を450’C±15
0”Cの範囲1:保ち、分子線エビタキシヤi法で基板
2の上C1μm11程度の成長適度で、l1h1−2G
IXsAIyP、−y結晶1を1〜5声鵬の厚み4:成
長させる。組成比XとyはIs 、 Ga 、 A#及
びPの分子線強度比4=より、Z%S−結晶基板との格
子整合カド可能な組合せの範囲内で所望の値6;設定す
る。−例として、:I:α1.0及びyc=′1.0の
場合の結晶、すなわちGgAz結晶な王妃の条件のもと
で成長させまた。引続き、慣用のホトエツチング手法に
よりホトレジストのエツチングマスクを成長層上C;形
成し、硫jls過鹸化水素水8水−1冨1:3の混液−
二よりエツチングを行ない、成員層の周辺部を除去し、
115図(−)の構造の先導波路装置を作成した。この
よう1ニジて得た先導波路装置は、波長IJpIBの半
導体レーデ光を十分導波し、所望の特性な賓することを
確認した。なお分子線エビタキVヤル法に代えて液相エ
ピタキシャルによりIs 1−51−5G#yP1−y
結晶を成長させることもできる。
第3図(h)のような構造とするには、基板2上にこれ
と同一幅のl5l−3GazAIyP1−1結晶1を成
長させたのち、エツチングにより周辺部の縦方向の一部
を除去すればよい。第6図(C)のような構造とするに
は、Zf&S−結晶の基板21:予めエツチング(:よ
り溝を形成したのち、分子線エビタキVヤル法6;より
格子整合したIn1−2GazA#yP1−y結晶1を
成長させ、引続いて分子線強度比を変頁すること(:よ
り、結晶1よりもyの値が小さなI絡1.4GazAz
yp1−y結晶3を成長させればよい。第3図(tLL
(#)の構造も、慣用のオートエツチングと、不純物ド
ーピング技術6二より形成できる。
と同一幅のl5l−3GazAIyP1−1結晶1を成
長させたのち、エツチングにより周辺部の縦方向の一部
を除去すればよい。第6図(C)のような構造とするに
は、Zf&S−結晶の基板21:予めエツチング(:よ
り溝を形成したのち、分子線エビタキVヤル法6;より
格子整合したIn1−2GazA#yP1−y結晶1を
成長させ、引続いて分子線強度比を変頁すること(:よ
り、結晶1よりもyの値が小さなI絡1.4GazAz
yp1−y結晶3を成長させればよい。第3図(tLL
(#)の構造も、慣用のオートエツチングと、不純物ド
ーピング技術6二より形成できる。
発明の詳細
な説明したよう1;、1% 1−3GIILzAIyP
1−y/Z%S−のヘテロ構造結晶−二より、0.65
μ罵以上の可視光から赤外光までの広い波長範囲の光の
導波路、変調器が可能となる。また、本発明(:よる材
料は半導体材料であることから、半導体レーデなどの光
源や受光素子などとの集積化も期待される。さら4:、
GaAIAz cおけるAt元素などの化学的櫨;不
安定な元素を含まないため、信頼性、安定性−二価れた
素子が可能となる。
1−y/Z%S−のヘテロ構造結晶−二より、0.65
μ罵以上の可視光から赤外光までの広い波長範囲の光の
導波路、変調器が可能となる。また、本発明(:よる材
料は半導体材料であることから、半導体レーデなどの光
源や受光素子などとの集積化も期待される。さら4:、
GaAIAz cおけるAt元素などの化学的櫨;不
安定な元素を含まないため、信頼性、安定性−二価れた
素子が可能となる。
第1図、第2図は本発明の構成を説明するための概念図
、iIs図、第4図は本発明の構成の一例を示す装置の
斜視図である。 1 、5−1n1−、Ga、Ax、P、−、結晶、2
、6 =−1;*Sa結晶、5・・・ZsS−結晶等、
4・・・不純物導入部分、7.8・・・電極。 特許出願人 日本電信電話公社 代理人 弁理士 玉蟲久五部(外5名)第1図 121 光エネルギ−[eV) 13 図
、iIs図、第4図は本発明の構成の一例を示す装置の
斜視図である。 1 、5−1n1−、Ga、Ax、P、−、結晶、2
、6 =−1;*Sa結晶、5・・・ZsS−結晶等、
4・・・不純物導入部分、7.8・・・電極。 特許出願人 日本電信電話公社 代理人 弁理士 玉蟲久五部(外5名)第1図 121 光エネルギ−[eV) 13 図
Claims (1)
- Z露S−結晶及び該2%S−結晶と略々格子整合したエ
ピタキシャル成長” 1−xGazAa yPl −y
((1≦1≦1.0.0≦y≦1.0)結晶とのへテ
ロ構造結晶4;より構成したことを特徴とする半導体先
導波路装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5327982A JPS58171004A (ja) | 1982-03-31 | 1982-03-31 | 半導体光導波路装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5327982A JPS58171004A (ja) | 1982-03-31 | 1982-03-31 | 半導体光導波路装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS58171004A true JPS58171004A (ja) | 1983-10-07 |
Family
ID=12938292
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5327982A Pending JPS58171004A (ja) | 1982-03-31 | 1982-03-31 | 半導体光導波路装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS58171004A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0837345A1 (en) * | 1996-09-30 | 1998-04-22 | Nikon Corporation | Method for manufacturing optical components for use in the ultraviolet region |
-
1982
- 1982-03-31 JP JP5327982A patent/JPS58171004A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0837345A1 (en) * | 1996-09-30 | 1998-04-22 | Nikon Corporation | Method for manufacturing optical components for use in the ultraviolet region |
US5983672A (en) * | 1996-09-30 | 1999-11-16 | Nikon Corporation | Method for manufacturing optical components for use in the ultraviolet region |
US6269661B1 (en) | 1996-09-30 | 2001-08-07 | Nikon Corporation | Method for manufacturing optical components for use in the ultraviolet region |
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