JPS604962B2 - 光導波装置 - Google Patents
光導波装置Info
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- JPS604962B2 JPS604962B2 JP561076A JP561076A JPS604962B2 JP S604962 B2 JPS604962 B2 JP S604962B2 JP 561076 A JP561076 A JP 561076A JP 561076 A JP561076 A JP 561076A JP S604962 B2 JPS604962 B2 JP S604962B2
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- optical
- thin film
- crystal
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は光集積回路等における光導波装置に関し、母Ｔ
ｊ０３のようなＡＢ０３形べロブスカィト形正方晶ある
いは立方晶構造をもつ酸化物単結晶を基板としてその上
にＺｎＴｅ、ＺｎＳｅ、あるいはその混晶などのロー町
族立方晶系化合物半導体薄膜を異種接合して光導波のた
めの光導波装置を提供し、種々の光集積回路の機能素子
への応用に供することを目的とする。
ｊ０３のようなＡＢ０３形べロブスカィト形正方晶ある
いは立方晶構造をもつ酸化物単結晶を基板としてその上
にＺｎＴｅ、ＺｎＳｅ、あるいはその混晶などのロー町
族立方晶系化合物半導体薄膜を異種接合して光導波のた
めの光導波装置を提供し、種々の光集積回路の機能素子
への応用に供することを目的とする。
従来の大容量光学通信システムは種々の能動的及び受動
的集積光学回路装置を有し、情報をのせた光波を導き処
理を行なう機能をもつものである。
的集積光学回路装置を有し、情報をのせた光波を導き処
理を行なう機能をもつものである。
最近はそのために種々の薄膜光導波路、光集積回路の研
究がなされている。現在までのこの分野の研究により前
記光学システムが成功するかどうかは、適当な光伝送特
性を持ち、導波処理を有する装置の製造に最適な薄膜材
料の開発に依存する。現在単結晶薄膜材料は一般的に光
導波損失が小さく、希望する性質と形状の製造が簡単で
安価であり、能動素子の作製についてもよく適応できる
例えばＬｉＮｂ０３、ＧａＡｓ−ＧａＡＩ船、各種ガー
ネット薄膜単結晶などが研究され薄膜光スイッチ、変調
器、レーザーなどの素子が報告されている。
究がなされている。現在までのこの分野の研究により前
記光学システムが成功するかどうかは、適当な光伝送特
性を持ち、導波処理を有する装置の製造に最適な薄膜材
料の開発に依存する。現在単結晶薄膜材料は一般的に光
導波損失が小さく、希望する性質と形状の製造が簡単で
安価であり、能動素子の作製についてもよく適応できる
例えばＬｉＮｂ０３、ＧａＡｓ−ＧａＡＩ船、各種ガー
ネット薄膜単結晶などが研究され薄膜光スイッチ、変調
器、レーザーなどの素子が報告されている。
しかし、これらの最近の開発研究にもかかわらず光の損
失、変調等の点で光薄膜装置に適する単結晶材料はまれ
である。したがって今日前記光学システムで多くの種類
の能動的、受動的素子の作製に適する新らしい単結晶材
料に対する要求が高まっている。ところで、ローの族化
合物半導体は半導体の中でも電気光学効果が大きく、Ｚ
ｎＳｅ、ＺｎＴｅ単結晶板を使用した光変調器の報告が
ある。しかし薄膜単結晶の例はみあたらず、単にＺｎＴ
ｅ−Ｇａ偽のごとく半導体へテロ接合として単結晶薄膜
が作成された例があるのみで、このＺｎＴｅ−ＧａＡＳ
はＧａＡＳの屈折率の方が大きいため光素子用に適した
ＺｎＴｅの結晶に光を有効にとじ込めることができず、
光導波装置として用いることはできない。そこで、本発
明は上記ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ等のロー町族化合物半導体
結晶を用いるとともにこの単結晶薄膜をそれよりも低い
屈折率を有するＡＢ○３べロブスカィト型（ただし、Ａ
はＫ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｐｂより選ばれた１つ、ＢはＴｉ、
Ｔａ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｓａ、ＣＩより選ばれた１つ）正方
晶あるいは立方晶系構造をもつ酸化物単結晶基板上に形
成し、ここで形成した単結晶薄膜に光導波路を形成する
ことによりすぐれた光伝送特性を得るものである。母Ｔ
ｉ０３などのべロブスカィト型ＡＢＯ謙溝晶は従来強議
電体材料として研究され、特に高融点物質であるためセ
ラミックとして実用化されている。まず、ベロブスカィ
ト型ＡＢ０３結晶と立方晶系ローＷ族化合物半導体結晶
との結晶学的および光学的性質を次表に示す。
失、変調等の点で光薄膜装置に適する単結晶材料はまれ
である。したがって今日前記光学システムで多くの種類
の能動的、受動的素子の作製に適する新らしい単結晶材
料に対する要求が高まっている。ところで、ローの族化
合物半導体は半導体の中でも電気光学効果が大きく、Ｚ
ｎＳｅ、ＺｎＴｅ単結晶板を使用した光変調器の報告が
ある。しかし薄膜単結晶の例はみあたらず、単にＺｎＴ
ｅ−Ｇａ偽のごとく半導体へテロ接合として単結晶薄膜
が作成された例があるのみで、このＺｎＴｅ−ＧａＡＳ
はＧａＡＳの屈折率の方が大きいため光素子用に適した
ＺｎＴｅの結晶に光を有効にとじ込めることができず、
光導波装置として用いることはできない。そこで、本発
明は上記ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ等のロー町族化合物半導体
結晶を用いるとともにこの単結晶薄膜をそれよりも低い
屈折率を有するＡＢ○３べロブスカィト型（ただし、Ａ
はＫ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｐｂより選ばれた１つ、ＢはＴｉ、
Ｔａ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｓａ、ＣＩより選ばれた１つ）正方
晶あるいは立方晶系構造をもつ酸化物単結晶基板上に形
成し、ここで形成した単結晶薄膜に光導波路を形成する
ことによりすぐれた光伝送特性を得るものである。母Ｔ
ｉ０３などのべロブスカィト型ＡＢＯ謙溝晶は従来強議
電体材料として研究され、特に高融点物質であるためセ
ラミックとして実用化されている。まず、ベロブスカィ
ト型ＡＢ０３結晶と立方晶系ローＷ族化合物半導体結晶
との結晶学的および光学的性質を次表に示す。
さて、立方晶系０一の族半導体結晶の｛１００｝面とＡ
Ｂ０３型結晶の（００１）面との接合をみると、この表
から計算されるＡＢ０３型結晶の格子定数とローＷ族半
導体結晶の格子定数のズレの程度は１０％程度以下とな
って充分ェピタキシャル成長が可能で、ＡＢ０３＜１０
０＞方向と半導体結晶＜１００＞方向とは第１図に示す
ごとく４５ｏの角度をなしてェピタキシャル成長する。
Ｂ０３型結晶の（００１）面との接合をみると、この表
から計算されるＡＢ０３型結晶の格子定数とローＷ族半
導体結晶の格子定数のズレの程度は１０％程度以下とな
って充分ェピタキシャル成長が可能で、ＡＢ０３＜１０
０＞方向と半導体結晶＜１００＞方向とは第１図に示す
ごとく４５ｏの角度をなしてェピタキシャル成長する。
結晶構造的にはＡＢ０３型正方晶結晶基板の場合、この
結晶の（００１）面上にローＷ族半導体単結晶の｛１０
０｝面とで良好なェピタキシャル成長薄膜を得ることが
できる。またＡＢ０３型立方晶結晶基板の場合はその｛
１００｝面と半導体単結晶の｛１００｝面において最も
良好なェピタキシヤル成長単結晶薄膜を得ることができ
る。また熱膨脹係数の差はローＷ族半導体−ＡＢ０３結
晶のそれは現在ェピタキシャルで成功しているサファイ
ア上のＳｉのそれに比して小さく冷却による熱歪として
は小さくなる。
結晶の（００１）面上にローＷ族半導体単結晶の｛１０
０｝面とで良好なェピタキシャル成長薄膜を得ることが
できる。またＡＢ０３型立方晶結晶基板の場合はその｛
１００｝面と半導体単結晶の｛１００｝面において最も
良好なェピタキシヤル成長単結晶薄膜を得ることができ
る。また熱膨脹係数の差はローＷ族半導体−ＡＢ０３結
晶のそれは現在ェピタキシャルで成功しているサファイ
ア上のＳｉのそれに比して小さく冷却による熱歪として
は小さくなる。
上記表の屈折率比較からＤ−Ｗ族半導体はＡＢ０３結晶
よりも屈折率が高く、半導体膜がその平面と平行な誘導
モードで薄膜中を伝播する光の波長にほぼ近いオーダー
の大きさの厚みを持つ時、高品位な光導波のための光導
波装置を構成することができる。光導波路用薄膜は本来
、その中を伝播する光の波長のオーダーの厚みを有すれ
ば良く、薄膜の厚さは光波長の０．１〜１０ぴ音の範囲
であることができるが、波長の１〜１Ｍ昔の範囲が良好
である。
よりも屈折率が高く、半導体膜がその平面と平行な誘導
モードで薄膜中を伝播する光の波長にほぼ近いオーダー
の大きさの厚みを持つ時、高品位な光導波のための光導
波装置を構成することができる。光導波路用薄膜は本来
、その中を伝播する光の波長のオーダーの厚みを有すれ
ば良く、薄膜の厚さは光波長の０．１〜１０ぴ音の範囲
であることができるが、波長の１〜１Ｍ昔の範囲が良好
である。
光導波の実験は良く知られているプリズム光結合器によ
り第２図の如くレーザー光を薄膜中へ導入して行うこと
ができる。第２図において１は基板、２は光導波用ェピ
タキシャル薄膜、３，３′はプリズム結合器、４はしー
ザー光である。この方法により光損失の値を求め薄膜の
良否を判定することができる。さて、上記べロブスカイ
ト型ＡＢ０３結晶にェピタキシャル成長により０−町族
半導体結晶薄膜を得る本発明の実施例を説明する。
り第２図の如くレーザー光を薄膜中へ導入して行うこと
ができる。第２図において１は基板、２は光導波用ェピ
タキシャル薄膜、３，３′はプリズム結合器、４はしー
ザー光である。この方法により光損失の値を求め薄膜の
良否を判定することができる。さて、上記べロブスカイ
ト型ＡＢ０３結晶にェピタキシャル成長により０−町族
半導体結晶薄膜を得る本発明の実施例を説明する。
【１ー ＳｒＴｉ０３上へのＺ鷹ｅの蒸着ＳｒＴｉ０３
の（１００）面を基板としてＺｎＳｅ単結晶を蒸発源と
して葵着を行なった。
の（１００）面を基板としてＺｎＳｅ単結晶を蒸発源と
して葵着を行なった。
基板温度は２００午○〜６００ｑｏまで変化させ、蒸着
温度は８００℃〜１０００ｑｏで行なった。基板温度は
４００ｏｏ〜５００００でかなり良好なェピタキシャル
膜を得ることができ、光導波のテストでも損失は小さい
ものであった。（２１ ＳｒＴｉ０３、ＳｒＺｒ０３上
へのＺｎＴｅの成長。
温度は８００℃〜１０００ｑｏで行なった。基板温度は
４００ｏｏ〜５００００でかなり良好なェピタキシャル
膜を得ることができ、光導波のテストでも損失は小さい
ものであった。（２１ ＳｒＴｉ０３、ＳｒＺｒ０３上
へのＺｎＴｅの成長。
ＳｒＴｉ０３の（００１）面を基板として第３図の如く
の成長装置で気相成長させた。加熱炉中の石英管６中で
Ｚｎ、Ｔｅの原料７，８側の温度は４９０℃一定とし、
Ｚｎ、Ｔｅガスの供給量は日２ガス流量を変化させて行
った、基板９の温度７２０午０、主Ｈ２流量２００ｃｃ
／ｍｉｎ、ＺｎとＴｅのキャリアガス流量５０ｃｃ／ｍ
ｉｎで行なった時、数千Ａから１００仏程の厚さの成長
層を得た。成長層はＸ線及び電子線回折によって単結晶
薄膜であることが確認されるとともにＳｒＴｉ０３結晶
（００１）面にＺｎＴｅ（１００）が成長しており、光
導波テストについても良好であった。また、ＳｒＺｒ０
３上へＺｎＴｅをェピタキシヤルした場合若干ＳｒＺｒ
０３基体の結晶性が悪く、光導波テストでは上記に比し
て損失が大きかったがェピタキシャル成長薄膜が得られ
た。‘３｝ ＳｒＴｉ０３上へのＺｎＳｅ「ｘＴｅｘ（
０＜×＜１）の蒸着。
の成長装置で気相成長させた。加熱炉中の石英管６中で
Ｚｎ、Ｔｅの原料７，８側の温度は４９０℃一定とし、
Ｚｎ、Ｔｅガスの供給量は日２ガス流量を変化させて行
った、基板９の温度７２０午０、主Ｈ２流量２００ｃｃ
／ｍｉｎ、ＺｎとＴｅのキャリアガス流量５０ｃｃ／ｍ
ｉｎで行なった時、数千Ａから１００仏程の厚さの成長
層を得た。成長層はＸ線及び電子線回折によって単結晶
薄膜であることが確認されるとともにＳｒＴｉ０３結晶
（００１）面にＺｎＴｅ（１００）が成長しており、光
導波テストについても良好であった。また、ＳｒＺｒ０
３上へＺｎＴｅをェピタキシヤルした場合若干ＳｒＺｒ
０３基体の結晶性が悪く、光導波テストでは上記に比し
て損失が大きかったがェピタキシャル成長薄膜が得られ
た。‘３｝ ＳｒＴｉ０３上へのＺｎＳｅ「ｘＴｅｘ（
０＜×＜１）の蒸着。
ＳｒＴｉ０３の（１００）面を基板とし てＺｎＳｅｏ
．５Ｔｅｏ．５を蒸発材料とし蒸着を行なった。
．５Ｔｅｏ．５を蒸発材料とし蒸着を行なった。
条件は実施例（１’とほぼ同等であり、得られた膜は部
分的に単結晶化しており光導波テストでは（１｝より損
失は少し大きい値が得られた。ｘの範囲値はＺｎＳｅ，
へＴｅｘ混晶単結晶作製例と同等の値が得られる。本発
明は上記実施例のェピタキシャル方法にのみよらず、ェ
ピタキシャル方法としては液相、気相、分子線ェピタキ
シャル、真空蒸着法などが適用できる。
分的に単結晶化しており光導波テストでは（１｝より損
失は少し大きい値が得られた。ｘの範囲値はＺｎＳｅ，
へＴｅｘ混晶単結晶作製例と同等の値が得られる。本発
明は上記実施例のェピタキシャル方法にのみよらず、ェ
ピタキシャル方法としては液相、気相、分子線ェピタキ
シャル、真空蒸着法などが適用できる。
本発明の光導波装置はロー打族化合物半導体の持つ特性
則ち一般に良く知られている電気光学効果を使用した第
４，５図に示す光変調器、光スイッチあるいは光伝導性
を使用する第６，７図のフオトディテクターなどを構成
することができる。
則ち一般に良く知られている電気光学効果を使用した第
４，５図に示す光変調器、光スイッチあるいは光伝導性
を使用する第６，７図のフオトディテクターなどを構成
することができる。
第４，５図において、９はべロブスカィト型Ａ８０３単
結晶基板、１０は基板９上に成長されたローＷ族半導体
単結晶薄膜、１１，１２はこの薄膜に不純物を拡散して
形成された光導波路１３，１４，１５は電極であって、
この電極１４に電源１６より電圧を印如して第４，５図
に示す光変調器が構成されており、薄膜１ １と１２は
方向性光結合器を形成している。すなわち導波路１１に
入射された光１７は電極への印孤軍圧より変調され導波
路１２より出力させる。第６，７図において９，１０，
１１は第４，５図と同一のものを示し、薄膜１１と電極
２０，２１とでショットキバリア形フオトダイオード部
を構成している。
結晶基板、１０は基板９上に成長されたローＷ族半導体
単結晶薄膜、１１，１２はこの薄膜に不純物を拡散して
形成された光導波路１３，１４，１５は電極であって、
この電極１４に電源１６より電圧を印如して第４，５図
に示す光変調器が構成されており、薄膜１ １と１２は
方向性光結合器を形成している。すなわち導波路１１に
入射された光１７は電極への印孤軍圧より変調され導波
路１２より出力させる。第６，７図において９，１０，
１１は第４，５図と同一のものを示し、薄膜１１と電極
２０，２１とでショットキバリア形フオトダイオード部
を構成している。
２２，２３は引き出しリード線である。
この装置は薄膜１１を通ってきた光を上記フオトダィオ
ード部で検出するものである。以上のように本発明はロ
ーの族化合物半導体の薄膜をべロブスカィト型ＡＢＯ魂
声晶縁体基板上に形成可能となり、光導波のための光導
波装置の作成を可能とするものであり、基板の選択や固
溶体化により欠陥の少し、結晶性の良好な薄膜単結晶が
でき、それゆえ良好な薄膜光導波装置を得ることができ
る。すなわち、ローＷ族結晶の高い電気光学効果により
光変調器、光スイッチが作製出来、またショットキーバ
リャ型の光検出器、ヘテロ接合型のフオトダィオードが
同一基板上に可能となり、光通信のための信号処理部品
として有益な装置を供するものである。
ード部で検出するものである。以上のように本発明はロ
ーの族化合物半導体の薄膜をべロブスカィト型ＡＢＯ魂
声晶縁体基板上に形成可能となり、光導波のための光導
波装置の作成を可能とするものであり、基板の選択や固
溶体化により欠陥の少し、結晶性の良好な薄膜単結晶が
でき、それゆえ良好な薄膜光導波装置を得ることができ
る。すなわち、ローＷ族結晶の高い電気光学効果により
光変調器、光スイッチが作製出来、またショットキーバ
リャ型の光検出器、ヘテロ接合型のフオトダィオードが
同一基板上に可能となり、光通信のための信号処理部品
として有益な装置を供するものである。
第１図はＡＢ０３型結晶と半導体層とのェピタキシャル
接合の方位関係図、第２図は光導波実験用プリズム光結
合器の構造断面図、第３図は本発明の一実施例で使用す
る気相成長装置の概略構成図、第４図は本発明を応用し
た光変調器の平面図、第５図は第３図のｍ−ｍ′線断面
図、第６図は同じく本発明を応用したフオトディテクタ
ーの要部断面図、第７図は第６図のＶ−Ｖ′線断面図で
ある。 ９・・・・・・ＡＢ○３べロプスカィト型単結晶基板、
１０，１１・・…・ロー町族化合物半導体単結晶薄膜。 第１図第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図
接合の方位関係図、第２図は光導波実験用プリズム光結
合器の構造断面図、第３図は本発明の一実施例で使用す
る気相成長装置の概略構成図、第４図は本発明を応用し
た光変調器の平面図、第５図は第３図のｍ−ｍ′線断面
図、第６図は同じく本発明を応用したフオトディテクタ
ーの要部断面図、第７図は第６図のＶ−Ｖ′線断面図で
ある。 ９・・・・・・ＡＢ○３べロプスカィト型単結晶基板、
１０，１１・・…・ロー町族化合物半導体単結晶薄膜。 第１図第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ＡＢＯ＿３ペロブスカイト型（ただしＡはＫ、Ｂａ
、Ｓｒ、Ｐｂの群より選択された１つ、ＢはＴｉ、Ｔａ
、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｃｌの群より選択された１つ）酸
化物基板上に、上記基板より光学的屈折率の大きなII−
VI族立方晶系化合物薄膜を形成し、この薄膜の所定部に
光導波路を形成したことを特徴とする光導波装置。 ２ 上記基板として上記ＡＢＯ＿３ペロブスカイト型の
正方晶結晶を用い、その（００１）面上に上記化合物半
導体の｛１００｝面をエピタキシアル成長させたことを
特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光導波装置。 ３ 上記基板としてＡＢＯ＿３ペロブスカイト型の立方
晶結晶を用い、その｛１００｝面上に上記化合物半導体
の｛１００｝面をエピタキシアル成長させたことを特徴
とする特許請求の範囲第１項に記載の光導波装置。４
上記化合物半導体がＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳｅ＿１
＿−＿ｘＴｅ＿ｘ（０＜ｘ＜１）、ＺｎＳよりなること
を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光導波装置
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP561076A JPS604962B2 (ja) | 1976-01-20 | 1976-01-20 | 光導波装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP561076A JPS604962B2 (ja) | 1976-01-20 | 1976-01-20 | 光導波装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5288354A JPS5288354A (en) | 1977-07-23 |
| JPS604962B2 true JPS604962B2 (ja) | 1985-02-07 |
Family
ID=11615959
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP561076A Expired JPS604962B2 (ja) | 1976-01-20 | 1976-01-20 | 光導波装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS604962B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5614201A (en) * | 1979-07-16 | 1981-02-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Reflection preventing film |
| US6392257B1 (en) * | 2000-02-10 | 2002-05-21 | Motorola Inc. | Semiconductor structure, semiconductor device, communicating device, integrated circuit, and process for fabricating the same |
| US6583034B2 (en) | 2000-11-22 | 2003-06-24 | Motorola, Inc. | Semiconductor structure including a compliant substrate having a graded monocrystalline layer and methods for fabricating the structure and semiconductor devices including the structure |
-
1976
- 1976-01-20 JP JP561076A patent/JPS604962B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5288354A (en) | 1977-07-23 |
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