JPS63164383A - 光導波路およびその製造方法 - Google Patents
光導波路およびその製造方法Info
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/11—Comprising a photonic bandgap structure
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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】
産業上の利用分野
本発明は光導波路とその装造方法に関するものである。
従来の技術
近年の光通信・光情報処理分野の発展に伴ない半導体材
料を用いた光導波路によって信号処理を行なう光集積回
路の研究が盛んに行なわれている。
料を用いた光導波路によって信号処理を行なう光集積回
路の研究が盛んに行なわれている。
光導波路の特性としては、導波損失が小さくてかつ発光
素子や受光素子との結合効率を大きくとれるものが望ま
しく、さらに製作工程が簡単であり、特に結晶成長工程
の回数の少ない事が要求される。
素子や受光素子との結合効率を大きくとれるものが望ま
しく、さらに製作工程が簡単であり、特に結晶成長工程
の回数の少ない事が要求される。
従来この種の光導波路としてはバットージ胃インド方式
と呼ばれる方法が多く用いられている。
と呼ばれる方法が多く用いられている。
（例えば昭和６７年度電子通信学会総合全国大会４−４
２に分布反射型レーザ装置におけるレーザ部と光導波路
部の結合例が掲載されている。
２に分布反射型レーザ装置におけるレーザ部と光導波路
部の結合例が掲載されている。
発明が解決しようとする問題点
以上説明したバット−ジヨイント方式による光導波路と
発光素子あるいは受光素子間での導波光の結合において
は少なくとも２回の結晶成長により作製するために、エ
ツチング制御や結晶成長膜厚等の誤差によって結合部に
おける導波光の光軸ずれを生じ結合効率を減少させてい
た。この軸ずれに伴なう導波光の結合効率の変化の様子
は、例えば昭和５７年度電子通信学会総合全国大会誌４
−４３ に解析結果が報告されておシ、１μｍ以下の僅
かな軸ずれや膜厚むらや膜厚制御誤差に対して著しく回
折効率が減少する。
発光素子あるいは受光素子間での導波光の結合において
は少なくとも２回の結晶成長により作製するために、エ
ツチング制御や結晶成長膜厚等の誤差によって結合部に
おける導波光の光軸ずれを生じ結合効率を減少させてい
た。この軸ずれに伴なう導波光の結合効率の変化の様子
は、例えば昭和５７年度電子通信学会総合全国大会誌４
−４３ に解析結果が報告されておシ、１μｍ以下の僅
かな軸ずれや膜厚むらや膜厚制御誤差に対して著しく回
折効率が減少する。
問題点を解決するための手段
すなわち本発明は、上記したような問題点に鑑み、半導
体基板の主表面上で光導阪路を設ける部分があらかじめ
凸形状あるいは凹形状の断面を有し、この上にエピタキ
シャル結晶成長した量子井戸構造を無秩序化して光の導
波層とすることにより、容易に低損失な光導波路が形成
できる。さらに、光導波路の一端に半導体レーザ構造（
またはホトダイオード構造）を有し、かつ前記半導体レ
ーザ（またはホトダイオード）の活性層（または受光部
分）が、光等波路と同一の量子井戸構造からなり、かつ
無秩序化されていない層にすることによって、発光素子
や受光素子との結合効率を改善している。
体基板の主表面上で光導阪路を設ける部分があらかじめ
凸形状あるいは凹形状の断面を有し、この上にエピタキ
シャル結晶成長した量子井戸構造を無秩序化して光の導
波層とすることにより、容易に低損失な光導波路が形成
できる。さらに、光導波路の一端に半導体レーザ構造（
またはホトダイオード構造）を有し、かつ前記半導体レ
ーザ（またはホトダイオード）の活性層（または受光部
分）が、光等波路と同一の量子井戸構造からなり、かつ
無秩序化されていない層にすることによって、発光素子
や受光素子との結合効率を改善している。
また、製造方法として特に気相のエピタキシャル結晶成
長法を用いることにより、制御性良く所望の構成を得る
ことができる。
長法を用いることにより、制御性良く所望の構成を得る
ことができる。
作 用
本発明は前記構成において、量子井戸層は２０人〜２ｏ
Ｏ人程度の膜厚のウェル層とバリヤ層の交互の繰り返し
の薄膜多層構造で構成されている。
Ｏ人程度の膜厚のウェル層とバリヤ層の交互の繰り返し
の薄膜多層構造で構成されている。
この量子井戸層は高濃度不純物ドーピングあるいは局所
アニールを施すことにより、無秩序化してバンドギャッ
プが等測的に広くなシ吸収端が高エネルギー側にシフト
する。このため量子井戸層の最低量子準位間のエネルギ
ーの光に対して光導波路の吸収損失は著しく減少し良好
な導波特性を得る。さらに凸形状の頂部あるいは凹形状
底部が光導波路となシ、まわシが低い屈折率となるので
、自動的に横方向の光の閉じ込め構造が形成される。
アニールを施すことにより、無秩序化してバンドギャッ
プが等測的に広くなシ吸収端が高エネルギー側にシフト
する。このため量子井戸層の最低量子準位間のエネルギ
ーの光に対して光導波路の吸収損失は著しく減少し良好
な導波特性を得る。さらに凸形状の頂部あるいは凹形状
底部が光導波路となシ、まわシが低い屈折率となるので
、自動的に横方向の光の閉じ込め構造が形成される。
半導体レーザ構造およびホトダイオード構造は、量子井
戸層をそれぞれ活性層および受光部分とすることにより
、光導波路と高い結合効率が得られる。
戸層をそれぞれ活性層および受光部分とすることにより
、光導波路と高い結合効率が得られる。
実施例
本発明の第１の実施例を第１図、および第２図を用いて
説明する。第１の実施例は（ｊａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系
化合物半導体材料を用いた分布帰還型レーザと光導波路
との結合例である。第１図において、１゜はＡ ｕ ／
Ｚ ｎ電極、１１はｐ−ＧａＡｓ基板、１２はｐ＋−Ａ
１０．４Ｇａ０．Ｊｉクラッド層、１３は周期０．２５
μｍの回折格子、１４はｐ”０．１３ＧａＯ，８７Ａ８
導波路層、１５はＧ ａ Ａ ｓ層およびＡｌｏ 、２
Ｃｓａｏ、ｓＡｍ層を交互に６層ずつ積層した１ＶｉＱ
Ｗ活性膚、１６はｎ Ａｌｏ 、、＊Ｇａｏ 、ｅＡ
８クラッド層、１７はＡ ｕ／Ｇ ｅハｌ電極、１８
は導波路領域にＺｎを拡散した不純物拡散フロント、１
９は導波路層１４にＺｎを拡散してなる導波路層、２ｏ
はＭＱＷ活性層１５にＺｎを拡散して無秩序化した導波
路層、２１はクラッド層１６にＺｎを拡散してなるクラ
ッド層である。また第２図は第１図中のＡ−Ａ’におけ
る紙面に垂直な面内の断面構造を示している。
説明する。第１の実施例は（ｊａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系
化合物半導体材料を用いた分布帰還型レーザと光導波路
との結合例である。第１図において、１゜はＡ ｕ ／
Ｚ ｎ電極、１１はｐ−ＧａＡｓ基板、１２はｐ＋−Ａ
１０．４Ｇａ０．Ｊｉクラッド層、１３は周期０．２５
μｍの回折格子、１４はｐ”０．１３ＧａＯ，８７Ａ８
導波路層、１５はＧ ａ Ａ ｓ層およびＡｌｏ 、２
Ｃｓａｏ、ｓＡｍ層を交互に６層ずつ積層した１ＶｉＱ
Ｗ活性膚、１６はｎ Ａｌｏ 、、＊Ｇａｏ 、ｅＡ
８クラッド層、１７はＡ ｕ／Ｇ ｅハｌ電極、１８
は導波路領域にＺｎを拡散した不純物拡散フロント、１
９は導波路層１４にＺｎを拡散してなる導波路層、２ｏ
はＭＱＷ活性層１５にＺｎを拡散して無秩序化した導波
路層、２１はクラッド層１６にＺｎを拡散してなるクラ
ッド層である。また第２図は第１図中のＡ−Ａ’におけ
る紙面に垂直な面内の断面構造を示している。
以下の説明では既説明と同一の箇所には同一の番号を付
し説明は省略する。第２図において２２は基板主表面上
にあらかじめ設けた基板凸部である次に本発明の製造方
法について述べる。まずｐ−ＣＪａＡｔｔ基板１１上に
ｐ＋−ＡＩｏ、４０ａ０．６Ａｓクラッド層１２をエピ
タキシャル結晶成長する。しかる後に既存の三光束干渉
露光法を用いたフォトリングラフィ技術とエツチング技
術にょシ、一定周期の回折格子１３を基板上のレーザ部
を形成する領域に設ける。続いて同様のフォトリングラ
フィ技術とエツチング技術にょシ回折格子１３とは垂直
方向に幅が数μｍ程度のストライプ状凸部２２を設ける
。しかる後２回目の結晶成長にょシｐ −Ａｌｏ 、
１３”Ｏ、ｓ７Ａ！＋導波路層１４、Ｇ ａ Ａ ｓ層
およ０Ａ１０．２Ｇａ０，８Ａａ層を交互に６鳩ずつ積
層したＭＱＭ活性層１６、ｎ Ａｌｏ 、４Ｇａ□
、６ＡＩクラッド層１８を続けてエピタキシャル成長す
る。続いて８１Ｎ膜をマスクとする選択不純物拡散技術
により表面からＺｎの不純物拡散を行なう。これにより
導波路領域にＺｎを拡散した不純物拡散フロント１８、
導波路層１４にＺｎを拡散してなる導波路層１９、ＭＱ
Ｗ活性層１６にＺｎを拡散して無秩序化した。 導波
路層２０、クラッド層１６にＺｎを拡散してなるクラッ
ド層２１を形成する。この際レーザ領域のストライプ状
凸部の両側にもＺｎ拡散を行なって基板側からｎ −Ａ
１０，４Ｇａ０．６Ａｓクラッド層１６へ電流注入を行
なう時の電流波がシを防ぐことも有効である。次にｎ
Ａｌｏ 、４Ｇａｏ 、５Ａ１１クラッド層１６の上
部にＡｕ／Ｇｅ／Ｎｉからなるオーミック電極、ｐ−Ｇ
ａＡｓ＋基板１１の下部にＡｕ／Ｚｎからなるオーミッ
ク電極を形成し、水素雰囲気中で４０６ｃ、６分の熱処
理を行ない素子作製を終了する。
し説明は省略する。第２図において２２は基板主表面上
にあらかじめ設けた基板凸部である次に本発明の製造方
法について述べる。まずｐ−ＣＪａＡｔｔ基板１１上に
ｐ＋−ＡＩｏ、４０ａ０．６Ａｓクラッド層１２をエピ
タキシャル結晶成長する。しかる後に既存の三光束干渉
露光法を用いたフォトリングラフィ技術とエツチング技
術にょシ、一定周期の回折格子１３を基板上のレーザ部
を形成する領域に設ける。続いて同様のフォトリングラ
フィ技術とエツチング技術にょシ回折格子１３とは垂直
方向に幅が数μｍ程度のストライプ状凸部２２を設ける
。しかる後２回目の結晶成長にょシｐ −Ａｌｏ 、
１３”Ｏ、ｓ７Ａ！＋導波路層１４、Ｇ ａ Ａ ｓ層
およ０Ａ１０．２Ｇａ０，８Ａａ層を交互に６鳩ずつ積
層したＭＱＭ活性層１６、ｎ Ａｌｏ 、４Ｇａ□
、６ＡＩクラッド層１８を続けてエピタキシャル成長す
る。続いて８１Ｎ膜をマスクとする選択不純物拡散技術
により表面からＺｎの不純物拡散を行なう。これにより
導波路領域にＺｎを拡散した不純物拡散フロント１８、
導波路層１４にＺｎを拡散してなる導波路層１９、ＭＱ
Ｗ活性層１６にＺｎを拡散して無秩序化した。 導波
路層２０、クラッド層１６にＺｎを拡散してなるクラッ
ド層２１を形成する。この際レーザ領域のストライプ状
凸部の両側にもＺｎ拡散を行なって基板側からｎ −Ａ
１０，４Ｇａ０．６Ａｓクラッド層１６へ電流注入を行
なう時の電流波がシを防ぐことも有効である。次にｎ
Ａｌｏ 、４Ｇａｏ 、５Ａ１１クラッド層１６の上
部にＡｕ／Ｇｅ／Ｎｉからなるオーミック電極、ｐ−Ｇ
ａＡｓ＋基板１１の下部にＡｕ／Ｚｎからなるオーミッ
ク電極を形成し、水素雰囲気中で４０６ｃ、６分の熱処
理を行ない素子作製を終了する。
次に本発明の動作について述べる。
０ 電極１０から電極１７に向けて電流を流すと、第
′ １図左側部分の分布帰還型レーザ領域においてレ
ーザ発振が起こシレーザ光はＭＱＷ活性層１６と導波路
層１４Ｋまたがって左右方向に伝搬する。
′ １図左側部分の分布帰還型レーザ領域においてレ
ーザ発振が起こシレーザ光はＭＱＷ活性層１６と導波路
層１４Ｋまたがって左右方向に伝搬する。
右方向に伝搬する光は第１図右側部分の導波路領域にお
いて導波路層１９および導波路層２０Ｋまたがって低損
失で右方向に伝搬する。この際、第２図において光は基
板凸部２２の上部の導波路層１９および導波路層２０の
みに光が閉じ込められるので、導波される光は基板凸部
２２の方向に沿って光の進行方向を制御することができ
る。
いて導波路層１９および導波路層２０Ｋまたがって低損
失で右方向に伝搬する。この際、第２図において光は基
板凸部２２の上部の導波路層１９および導波路層２０の
みに光が閉じ込められるので、導波される光は基板凸部
２２の方向に沿って光の進行方向を制御することができ
る。
第３図に本発明の第２の実施例を示す。第３図において
、３１は半導体基板、３２は半導体レーザ、３３は光導
波路、３４は半導体レーザ出力光、３６は光導波路の出
力光である。半導体基板３１の主表面上に設けた凸部の
形状に従って光導波路が第１の実施例に従って自動的に
形成され光導波路３３のように９００光の向きを曲げる
こともできる。
、３１は半導体基板、３２は半導体レーザ、３３は光導
波路、３４は半導体レーザ出力光、３６は光導波路の出
力光である。半導体基板３１の主表面上に設けた凸部の
形状に従って光導波路が第１の実施例に従って自動的に
形成され光導波路３３のように９００光の向きを曲げる
こともできる。
なお以上の本発明の実施例においてはＧ ａ Ａ ｓ
／Ａ Ｉ Ｇ ａ Ａ ａ系の化合物半導体材料におけ
る例を示したが、Ｉｎｋ／ＩｎＧａＡｓ系やＩｎＡｓ、
ＩｎＡｌＡｓといった他の化合物半導体材料においても
本発明が同様に適用できる。
／Ａ Ｉ Ｇ ａ Ａ ａ系の化合物半導体材料におけ
る例を示したが、Ｉｎｋ／ＩｎＧａＡｓ系やＩｎＡｓ、
ＩｎＡｌＡｓといった他の化合物半導体材料においても
本発明が同様に適用できる。
また半導体の導電型を全て逆にした構成でも本発明を用
いることが可能であり、その際には、Ｓｔ等のＮ型不純
物を用いてＭＱＷ層の無秩序化を行なうことができる。
いることが可能であり、その際には、Ｓｔ等のＮ型不純
物を用いてＭＱＷ層の無秩序化を行なうことができる。
また実施例では半導体レーザと光導波路の結合について
述べたが、ホトダイオードと光導波路の結合においても
同様に適用できる。
述べたが、ホトダイオードと光導波路の結合においても
同様に適用できる。
また実施例では分布反射型半導体レーザについて述べた
が分布反射型半導体レーザでも回折格子の位置を変える
ことによシ同様に形成できる。
が分布反射型半導体レーザでも回折格子の位置を変える
ことによシ同様に形成できる。
発明の効果
本発明は、光導波損失が小さくｔ、しかも発光素子や受
光素子との結合効率を大きくとることができる良好な特
性の光導波路とその製造方法を提供するものである。さ
らに作製工程が容易で、特に結晶成品回数が基本的に一
回で済むことから、光集積回路の特性改善等に大きく貢
献するものであシ産業上重大な意義を有する。
光素子との結合効率を大きくとることができる良好な特
性の光導波路とその製造方法を提供するものである。さ
らに作製工程が容易で、特に結晶成品回数が基本的に一
回で済むことから、光集積回路の特性改善等に大きく貢
献するものであシ産業上重大な意義を有する。
第１図は本発明の第１の実施例におけるレーザと光導波
路の断面図、第２図は本実施例の光導波路部分の断面図
、第３図は本発明の第２の実施例の斜視図である。 １０．１７・・・・・・電極、１１・・・・・・基板、
１２・・・・・・クラッド層、１３・・・・・・回折格
子、１４．１９・・・・・・導波路層、１５・・・・・
・ＭＱＷ活性層、１６．２１・・・・・・クラッド層、
１８・・・・・・不純物拡散フロント、２゜・・・・・
・ＭＱＷ層を無秩序化した導波路層、２２・・・・・・
基板凸部。
路の断面図、第２図は本実施例の光導波路部分の断面図
、第３図は本発明の第２の実施例の斜視図である。 １０．１７・・・・・・電極、１１・・・・・・基板、
１２・・・・・・クラッド層、１３・・・・・・回折格
子、１４．１９・・・・・・導波路層、１５・・・・・
・ＭＱＷ活性層、１６．２１・・・・・・クラッド層、
１８・・・・・・不純物拡散フロント、２゜・・・・・
・ＭＱＷ層を無秩序化した導波路層、２２・・・・・・
基板凸部。
Claims (6)
- （１）半導体基板の主表面上で光導波路を設ける部分が
凸形状あるいは凹形状の断面を有し、この上にエピタキ
シャル結晶成長した量子井戸構造を無秩序化して光の導
波層としてなる光導波路。 - （２）光導波路の一端に半導体レーザ構造を有し、かつ
前記半導体レーザの活性層が、光導波路と同一の量子井
戸構造からなり、かつ無秩序化されていない層である特
許請求の範囲第１項記載の光導波路。 - （３）光導波路の一端にホトダイオード構造を有し、か
つ前記ホトダイオードの受光部分が、光導波路と同一の
量子井戸構造からなり、かつ無秩序化されていない層で
ある特許請求の範囲第１項記載の光導波路。 - （４）半導体レーザが分布帰還型もしくは分布反射型レ
ーザであり、回折格子が半導体基板の主表面上に形成さ
れたものである特許請求の範囲第２項記載の光導波路。 - （５）半導体基板の主表面上で光導波路を設ける部分が
あらかじめ凸形状の断面を有し、この上にエピタキシャ
ル結晶成長法により、第１の半導体層、２元あるいは３
元系以上の異なった２種類以上の半導体薄膜を交互に３
層以上積み重ねて構成した量子井戸構造の第２の半導体
層及び第３の半導体層を形成した積層構造を設け、少な
くとも光導波路を形成する領域の前記第１の半導体層側
から少なくとも前記量子井戸構造の第２の半導体層の第
３の半導体層側に届く領域まで高濃度不純物ドーピング
あるいは局所アニールを施すことにより、前記光導波路
を形成する領域の前記量子井戸構造の第２の半導体層を
無秩序化して前記光導波路としてなる光導波路の製造方
法。 - （６）エピタキシャル結晶成長が気相法である特許請求
の範囲第５項記載の光導波路の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61312023A JPS63164383A (ja) | 1986-12-26 | 1986-12-26 | 光導波路およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61312023A JPS63164383A (ja) | 1986-12-26 | 1986-12-26 | 光導波路およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63164383A true JPS63164383A (ja) | 1988-07-07 |
Family
ID=18024287
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61312023A Pending JPS63164383A (ja) | 1986-12-26 | 1986-12-26 | 光導波路およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63164383A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0334485A (ja) * | 1989-06-30 | 1991-02-14 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体レーザおよびその製造方法 |
-
1986
- 1986-12-26 JP JP61312023A patent/JPS63164383A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0334485A (ja) * | 1989-06-30 | 1991-02-14 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体レーザおよびその製造方法 |
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