JPS6387766A - 集積半導体装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、■−■化合物の半導体基板Ｓの表面上に含む
■−■化合物の制限層Ｃ６、作動波長を透過し、かつ制
限層より高い指数を有するＩＩＩ−Ｖ化合物の透過層（
ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ　１ａｙｅｒ）　ＣＩ−、この
透過層ＣＩに形成した光導波管（ｌｉｇｈｔ　ｗａｖｅ
ｇｕｉｄｅ）Ｇ１、この導波管より高い指数を有する作
動波長に対する■−■化合物の吸収層ｃｘ、およびこの
吸収層Ｃ３に形成した光検出器から構成した与えられた
波長帯内で作動する光検出器りと光導波管Ｇ１との間を
カップリングするタイプの集積半導体装置に関する。

本発明の装置は、例えば望ましくないドリフトに対して
補償する目的で電極電圧を調整する負のフィードバック
を制御する、例えばマツハ−ツエンダ　タイプの干渉計
のチャンネルの１つにおける、または光切替えマトリッ
クスの出力チャンネルにおける出力信号を検出するのに
適用することができる。また、この装置は、例えば双安
定光学装置の製造に用いることができる。

上述するカップリング装置は「集積化導波管を介して照
明するモノシフリックＩｎＧａＡｓフォトダイオード配
列」と題する「エレクトロニック　レタース（Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ）　」Ｖｏ１、２１．
　Ｎａ９（１９８５年４月２５日）に記載されている。

この文献には、ｎ１タイプおよび２２０μｍ厚さを有す
る硫黄ドープド１００−配向りん化インジウム（ＩｎＰ
）基板の頂部に形成した配列（ａｒｒａｙ）が記載さて
おり、その１つの表面上に集積化導波管を形成し、他の
表面上に砒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）ＰＩ
Ｎフォトダイオードを形成している。この装置は２段階
で作られている。第１段階は３μｍ厚さを有し、活性層
として作用するｎタイプの非ドープド砒化インジウムガ
リウム（ＩｎＧａＡｓ）の液相エピタキシ成長プロセス
を介してフォトダイオードを形成し、次いで２層の薄い
四（ｇｕａｔｅｒｎａｒｙ）　ＩｎＧａＡｓＰ緩衝層、
次いでりん化インジウム（ＩｎＰ）キャップ層を形成し
ている。上記りん化インジウム　キャップ層は、第２エ
ピタキシアル段階中、装置を保護するようにしている。

この第２エピタキシアル段階中、導波管は基板の対向表
面上に３層、すなわち、第１のりん化インジウム（Ｉｎ
Ｐ）　、第２のＩｎＧａＡｓＰ　　（λｇ＝　１．０３
６μｍ）および第３のりん化インジウム（ＩｎＰ）によ
って堆積している。光は全基板を通ってフォトダイオー
ドに案内する。この目的のために、ファセットをフォト
ダイオードの下に導波管形成層を横切って、これらの層
の異方性腐食　（ａｎｉｓ。

ｔｒｏｐｉｃ　ｅｔｃｈｉｎｇ）により形成している。

更に、プレーナ（ＰＬＡＮＡＲ）タイプからなるフォト
ダイオードの形成は砒化インジウムガリウム（ＩｎＧａ
Ａｓ）層における１００μ■直径の亜鉛原子（Ｚｎ）拡
散、プラズマ堆積５ｉ３Ｎａ　Ｊｉｉによる外面不動態
化（ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ）およびチタンおよび金（
Ｔｉ−＾Ｕ）金属化によるＰおよび二接点の形成からな
る。

上述する装置は、信号の存在を検知するために利用する
場合には、次に示すような種々の欠点がある： 第１に、フォトダイオードより形成された検出器は、導
波管を形成する基板表面とは異なる表面に形成する。こ
の事は、例えばケーシング、または基板の任意の他の支
持阻止における基板の位置決定に対して望ましくない； 第２に、光ビームを基板に通すことから、３３０μＩ程
度の極めて厚い標準の半絶縁基板を使用することができ
ない： 第３に、スラブ（ｓｌａｂ）により反射した光はもはや
案内できない。この装置は基板の厚さによって損失増加
が高まる： 第４に、既知の装置では、反射光を案内しないことから
、多くの装置を互いに順次に位置させる。

実際に、これらの条件において、各装置は隣接装置のた
めに厄介な信号の部分を受ける。それ故、既知の装置は
、例えばデマルチプレクシング　システム（ｄｅｍｕｌ
ｔｉｐｌｉｘｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ）の出力における信
号を検出するのに用いることができない。かかる出力は
異なる波長の信号を搬送する多くの光導波管により形成
される。なぜならば、この装置の使用はこれらの信号の
望ましくないマルチブレキシングを生ずるためである。

第５に、光導波管により搬送される全信号を検出器に送
る必要がある。この事は、既知の装置が１個のチャンネ
ルしか有していないことから、かかる信号をかかる検出
操作以外に使用することを防止する。この結果、この装
置は信号の単なる存在の検出には適当でない（例えば、
検出器が全信号を取去ることなく行う場合、かかる信号
が他の操作に厄介である場合）。

本発明の目的は上述する欠点を除去できた装置を提供す
ることである。

本発明は上述する装置において、吸収層Ｃ１を透過層Ｃ
３の頂部に堆積し、光検出器を光導波管Ｇ１の表面上に
形成し、およびこの光導波管にその軸に平行に導波管よ
り発し、かつ光検出器により受信した光の量の関数であ
る与えられたカップリング長さＬ２にわたって結合した
ことを特徴とする。

また、本発明の他の観点において、本発明の装置は後で
第１透過層と称する透過層ＣＩと吸収層Ｃ３との間に堆
積した第１透過層Ｃ，の指数と吸収層Ｃ１の指数との間
の指数を有する作動波長に対する■−Ｖ化合物の第２透
過層Ｃ２からなり、この第２透過層Ｃｔに中間導波管と
称する第２光導波管Ｇｚを第１透過層Ｃ１に堆積した後
で主導波管Ｇ＋　と称する導波管の表面上に形成し、お
よび主導波管Ｇｌにその軸に平行に主導波管Ｇ＋より発
し、かつ中間導波管Ｇ２により受信した光の量の関数で
あるカップリング長さＬｌにわたって結合して構成した
ことを特徴とする。

本発明の装置は次の利点を有しているニー１または２個
以上の導波管を光検出器と同じ基板面上に堆積でき、こ
のためにカプセル封止、および他の関連する半導体装置
との共同形成（ｓｙｎｅｒｇｉｃ　ｆａｂｒｉｃａｔｉ
ｏｎ）を容易にすることができる。更に、基板は標準厚
さにすることができる。

−望ましくないマルチプレクシングすることなく隣接光
導波管の表面に本発明の装置を堆積できるように、常に
光を案内することができる。

−光検出器により取去られる光の量はカップリング長さ
の関数であり、このためにこの光の量を光導波管より搬
送される信号を処理する装置の作動を撹拌しないように
十分に小さくできる。

−光検出器より取去られる光の量は、例えば光導波管上
に位置する分極電極（ｐｏｌａｒｉｓｉｎｇ　ｅｌｅｃ
ｔｒｏｄｅｓ）を調ｆｌｆｆする負のフィードバックを
得るのに十分な情報を生ずることができる。および −本発明の装置は、必要に応じて通信システムとして用
いることができる。

次に、本発明を添付図面について説明する。

第１ａ図に示すように、上から見て、本発明のカップリ
ング装置は、一方において光導波管Ｇｌに、および他方
において光検出器りに連結する。

第１ｂ図は第１ａ図に示す装置のＩ−１’線上の断面を
示している。第１ｂ図に示すように、この装置は■−■
化合物の半導体基板Ｓの表面の１つの表面上に堆積し、
かつ相容性結晶メツシュ（ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ　ｃｒ
ｙｓｔａｌｌｉｎｅ　ｍｅｓｈ）および屈折率ｎ０を有
する制限層Ｃ０を含んでいる。

この制限層Ｃ０の頂部に、層Ｃ８を堆積する。

この層ＣＩは前の堆積層と相容する結晶メツシュおよび
ｎ、＞ｎｏの屈折率を有する■−Ｖ族半導体化合物から
なる。

ｎｌの屈折率を有する上記層Ｃ１において、光導波管を
゛構成するストリップを、例えば後述する堆積プロセス
によって形成する。この目的のために、層ＣＩを形成す
る材料は、例えばλ＋　＝ｉ、３μｍまたはλｚ　＝１
．５５μｍである電気通信に用いられる波長に対して選
択された波長帯における透過性化合物（ｔｒａｎｓｐａ
ｒｅｎｔ　ｃｏｍｐｏｕｎｄ）から選定する。

第１Ｃ図は第１ａ図に示す装置のＪ−Ｊ′綿線上断面を
示している。第１Ｃ図に示すように、この装置は層Ｃｔ
の頂部に堆積し、前の堆積層と相容する結晶メツシュお
よびｎ３＞ｎｌ＞ｎｏの屈折率を有する■−■族半導体
化合物の層Ｃ３を含んでいる。

このキャップ層Ｃ１において、光検出器りを、例えば後
述する堆積プロセスによって形成する。

この目的のために、層Ｃ３を形成する材料を選定作動波
長の範囲の吸収化合物から選択する。

層Ｃ３に堆積した光検出器は導波管ＧＩの表面上に堆積
し、かつこの導波管Ｇ、にその軸に平行にカップリング
長さし！にわたって結合する。

この装置に含む材料の異なる屈折率によって、光導体（
ｌｉｇｈｔ　ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）　Ｇ、に導入される
信号φ１はカップリング長さしよおよび屈折率の関数で
ある部分φ２に関する吸収媒質Ｃ３に進入させる。それ
故、与えられた屈折率を有する材料に対して選択された
カップリング長さにより、光検出器りにより受信した信
号の割合φ２は４から実際的に１００に変えることがで
きる。

第１ｄ図は第１ａ図に示す装置のに−に’線上の断面を
示している。更に、光検出器はＮｃｓと共に例えばｐ−
ｎ接合を形成する層Ｃ４、および電極Ｅ、およびＥ２か
らなる。

これらの環境において、信号の低い割合φ２を取去る場
合、信号φ１それ自体を導波管Ｇ、により本発明の部分
を構成しない信号処理装置（図に示していない）に送る
。この場合、本発明の装置には使用するのに適当な２つ
の光チャンネル、すなわち、主信号φ１を導波管Ｇｔ（
今後、主導波管と称する）に送る第１チヤンネル、およ
び検出のための信号の部分φ２を送る第２チヤンネルを
設ける。

これに対して、全信号中φ１を検出器により取去る場合
には、本発明の装置の機態は技術的に知られている装置
の機能と同じである。

しかしながら、いずれの場合においても、すなわち、１
個のチャンネルの場合または２個のチャンネルの場合に
おいけも、本発明の装置は次に記載するようにすでに知
られている既知の装置より優れた利点を有しているニ ー導波管および検出器を基板の同じ表面に堆積できるこ
と； 一光が基板を透過しないこと；および −光が常に案内されること。

上から見て、第２図に示すように、本発明における変形
構造においては、カップリング装置を一方において導波
管ＣＺ　　（中間導波管と称する）に、他方において光
検出器りに接続する。中間導波管Ｇｔそれ自体はその軸
に平行に長さＬｌ　　（カップリング長さと称する）に
わたって主導波管Ｇ１に接続する。この主導波管は電気
通信に使用する標準に相当する、例えばほぼλユ１．３
μｍまたはλ＝１．５５μｍに選定した波長の範囲の信
号を搬送する。

第２ｂ図は第２ａ図に示す装置のｔ−ｒ′線上の断面を
示している。この断面部分において、装置は第１ｂ図に
示すと同じ特性を有する各層からなる。

第２ｃ図は第２ａ図に示す配置のＪ−Ｊ”線上の断面を
示している。第２ｃ図に示すように、この装置は層Ｃ１
の頂部に堆積した、前の堆積層と相容性の結晶メツシュ
を有し、かつｎｚ＞ｎ、＞ｎｏの屈折率を有する■−Ｖ
族半導体材料の層Ｃｔからなる。

この層Ｃｔに、導波管Ｇ！　（中間導波管と称する）を
、例えば後述する堆積プロセスにより形成する。この目
的のために、ＮＣ２は導波管の選定作動範囲の透過性化
合物から選択する。

第２ｄ図は第２ａ図に示す装置のに−Ｋ”線上の断面を
示している。第２ｄ図に示すよに、この装置は、ＮＣ２
の頂部に堆積した、前の堆積層と層容性で、かつｎ３　
＞ｎｚ　＞ｎ、＞ｎｏの屈折率を有する■−■族半導体
化合物の層Ｃ８からなる。

このキャップ層Ｃ３に、上述するように光検出器りを形
成する。このために、層Ｃ３を形成する材料は選定波長
範囲の吸収化合物から選択する。

層Ｃ３の頂部に堆積した光検出器は中間導波管Ｇ２の表
面に堆積し、およびこの中間導波管にその軸と平行にカ
ップリング長さＬ２にわたって結合する。

この装置を構成する材料の異なる屈折率によって、主導
波管Ｇ、に導入される信号φ１はカップリング長さし、
の関数である別の中間導波管Ｇ２に進入させる。中間導
波管Ｇ２により受信される信号φ２の割合は数パーセン
トから実際的に１００パーセントに変えることができる
。

しかしながら、本発明の装置のこの変形構造の主として
興味のあることは、信号φ、の小部分φ２だけを取去る
ことができ、この部分φ２を中間導波管Ｇｚにより検出
器の方向に搬送でき、および光検出器りと中間導波管Ｇ
２との間のカップリング長さＬ２を、信号φ２の全体を
光検出器に通すように選択できることである。

この変形構造は、特に信号φ墓の部分φ２を主導波管Ｇ
１から離れている基板に送るのに興味があり、この場合
光検出器りを形成する。本発明のこの装置は既知の装置
より優れた利点を有しており、上述する利点のほかに、
信号φ、を元来、厄介であった、特にコード化情報の送
信の目的に利用できるように残留することができる。

この目的のために、上述するように中間導波管Ｇ！を第
２ａ図に示すように主導波管Ｇｌにカップリング長さし
、にわたって結合する。しかしなから、光検出器への光
ビームφ２を主導波管Ｇ１の軸方向とは異なる方向に反
射させるために、この中間導波管Ｇ２にはカップリング
長さり、の端部に反射ファセットＭ、を設ける。

必要に応じて、中間導波管Ｇ！は光ビームφ２をコンプ
レックス路（ｃｏｍｐｌｅｘ　ｐａｔｈ）に沿って光検
出器りに反射するための種々の反射ファセットを設ける
ことができる。

第２ｄ図に示すように、吸収層Ｃ８とｐ−ｎ接合を形成
するために層Ｃ４を光検出器りを形成するかかる吸収層
Ｃ３の頂部に堆積し、これらの層に電極Ｅ１およびＥ２
を設ける。

中間導波管Ｇ２および光検出器りをカップリングするこ
とにより形成する装置の効率を向上するために、本発明
における変形構造の例において、中間導波管Ｇ２にはそ
の端部に光束φ２を吸収層Ｃ１の方向に反射する反射フ
ァセットＭ２を設けることができる。

本発明の例およびその変形例において、基板ＳをＡ＋＋
＋　−Ｂｙ二元化合物（ここにＡおよびＢのそれぞれは
りん化インジウム（ＩｎＰ）を形成するインジウム（Ｉ
ｎ）元素およびりん（Ｐ）を示す）にすることができる
。この基板はＦｅイオン　ドーピングにより半絶縁（ｓ
ｅｍｉ　−ｉｓｏｌａｔｉｎｇ）にすることができる。

この例において、制限層Ｃ０はｃｍ’　当り約１０′８
の不純物を含有するりん化インジウム（ＩｎＰ）にでき
るＡ＋＋＋　−Ｂｖ　ｎ”化合物にし、および主導波管
Ｇ、を形成する層Ｃ４を故意にドープしないりん化イン
ジウム（ＩｎＰ）にできるＡｚ＋　−Ｂｖ　ｎ−化合物
にする。このために、この材料は、波長λの関数として
吸収係数αの変化を示す第３ｂ図の曲線ＩＢで示すよう
にλｔ＝１．３μ句の波長を透過する。他方において、
この材料はＪ、＝１．３μｌの波長に対する値ｎｌの波
長λの関数として第３ａ図の曲線■、に示す屈折率を有
している。

吸収層Ｃ１を形成する材料は三元（Ａ　Ｉｒ　＋　Ｘ　
ＩＩｒ　ｒＹｖ）化合物（ここに、Ａはインジウム（Ｉ
ｎ）、Ｘはガリウム（Ｇａ）およびＹは砒素（Ａｓ）を
示す）、すなわち、ＧａＩｎＡｓが有利である。、同様
に、この材料は式（Ａ＋＋＋　Ｘ＋＋＋　、Ｂｖ　Ｙｖ
　）（ここにＡはインジウム（Ｉｎ）、Ｘはガリウム（
Ｇａ）、Ｙは砒素（Ａｓ）およびＢはりん（Ｐ）を示す
）で表わされる四元化合物、および（Ｇａｘｌｎ＋−ｘ
　＋へＳ、　Ｐ＋−ｙ）　（ここに濃度ｙは０．７また
はこれ以上を示す）で表わされる化合物からなるのが有
利である。実際上、波長の関数としてこの四元化合物の
屈折率の変化を示す第３ａ図の曲線■えは、λ＝１．３
μｍにおいてこの屈折率ｎ、は導波管Ｇ、の屈折率ｎ、
より十分に高いことを示している。他方において、波長
の関数として上記化合物の吸収係数αを示す第３ｂ図の
曲線■８は、λ＝１．３μｍにおいて、上記化合物は実
現すべき検出作用に十分に大切な吸収を有している。

更に、第３ａ図および第３ｂ図の曲線から、三元化合物
Ｇａ１ｎＡｓの屈折率は四元化合物ＧａＸ１ｎＩ−ｘＡ
ｓｙＰ＋−ｙ　（ここにｙ＞０．７）の屈折率より高い
こと、およびかかる三元化合物の吸収係数はかかる四元
化合物の吸収係数より高いことがわかる。また、式Ｇａ
ｚｌｎｌ−ＪＳｙＰ＋−ｙ　（ここに０．７＜ｙ≦１）
の四元化合物は、かかる三元化合物およびかかる四元化
合物のそれぞれに相当する屈折率および吸収係数の間の
値を有する屈折率および吸収係数を生ずることがわかる
。この事は、検出器りを構成するための吸収層Ｃ１を形
成するのに有利に用いることができる化合物の組を規定
することができる。

中間導波管Ｇ２を形成するための透過層Ｃｚを構成する
材料としては、組成（ＧａＩｎＡｓｇＡｓｙＰ＋−ｙ）
（ここに濃度ｙは０．２程度の数を示す）を有する四元
化合物（Ａ＋＋＋　Ｘ＋＋＋　、ＢｖＹｖ　）（ここに
Ａはインジウム（Ｉｎ）、Ｘはガリウム（Ｇａ）、Ｙは
砒素（Ａｓ）およびＢはりん（Ｐ）を示す）が有利であ
る。

実際上、この四元化合物の屈折率の変化を示す第３ａ図
の曲線■、は、波長λ、　＝１．３μｍの場合、その屈
折率ｎ２がＨｌ＜ｎ２＜ｎ３になることを示している。

他方において、かかる四元化合物の吸収係数の変化を示
している第３ｂ図の曲線■８は、化合物λ、　＝１．３
μｍの波長に透過することを示している。

第３ａ図および第３ｂ図の曲線から、他の四元化合物を
、ｙが０．２でない（ｙ≠０．２）ように選定する場合
で、しかもｎＩ＜ｎ２＜ｎ３の関係を屈折率において得
る場合に、透過層Ｃ２を形成するのに選択でき、および
吸収係数を作動波長に対する透過範囲（ｔｒａｎｓｐａ
ｒｅｎｔ　ｄｏｍａｉｎ）に相当できることがわかる。

例えば、次の関係０．１≦３＋＜０．７を得ることがで
きる。最後に、他の波長基準λ２子１．５５μｍを用い
る場合には、第３図の曲線から層Ｃ＋　、Ｃｚ、Ｃｓを
形成するかかる要件に適応する式の化合物を選択するこ
とができる。

光検出器りを構成する層Ｃ３と接合ｐ−ｎを形成する層
Ｃ４は表面のＩｉｉ　Ｃ３の領域においてＺ７またはＣ
ｄのようなイオン拡散によって有利に得ることができ、
かかる表面に接点Ｅ、を有する電極を例えば多層Ｔｉ　
−Ｐｔ　−Ａｕの助けによる既知の手段で設けることが
できる。光検出器の作動には層Ｃ０が見える領域に形成
できる第２電極Ｅ２を必要とし、かかる領域は、例えば
キャップ層を腐食除去してきれいにし、その上に例えば
多層Ａｕ　−Ｇｅ−Ｎｉを堆積する。

また、本発明の装置は制限層Ｃ０について記載した組成
の化合物の基板上に直接に形成できる。

この場合、検出器の第２接点Ｅ２を基板の背面に堆積す
ることができる。

発　を゛　する第１心用例 本発明を適用するために、小部分だけの信号光検出器り
で受信し、かつ大部分の信号を導波管Ｇ１に連続して搬
送するようにカップリング長さを設ける場合に、装置ま
たは１つの変形構造を本発明により用いることができる
。

本発明の第１の利用を第４ａ図に示している。

この第４ａ図は欧州特許明細書第０１７９５０７号に記
載されている技術により単結晶半導体基板Ｓ上に完全に
モノリシックに集積したマツハ−ツエンダタイプの干渉
計を示している。この干渉計は、例えばλ、　＝１．３
３μｍの波長を有する単色光信号φ。

を投入する光導波管Ｇ２から構成されている。

この光ビームφ２は、光ビームφ、を等しい振巾φ目お
よびφ１．の２つのビームに分割する半反射板Ｍ１゜に
遭遇させる。ビームφ１．およびφＩｔを半反射板Ｍ２
゜により再結合する前に、ブランチＢ。

およびＢｌｚにおいてφ□およびφ１□によりおおわれ
る光学距離を同じにする。ブランチＢｌｌおよびＢ１□
におけるこれらの通路は全反射鏡Ｍ、およびＭ、ｔのそ
れぞれからの反射を受け、しかもまた２個の電極Ｋ１１
およびＫＩＺの一方の電極を介して通る電界の作用を受
けると共にこの目的のために電位差をこれらの電極の一
方の電極、例えばＫＩＺと例えば基板上に選定されたア
ース電極との間に加え、および他の電極、例えばＫｌｌ
は装置を対象にするように形成し、このためにアースに
接続する。

第４ｂ図は時間りに対する電極Ｋｌ！に加える電圧ｖ１
の変化を示している。第４ｃ図は時間りに対する光学強
さＩ　（Ｑ）の変化を示しており、この変化は電圧■の
変化により誘導される。

第４ｄ図は出力ブランチＧ１における光ビームφ、を符
号化する信号この形を示しており、信号Ｑは出力ブラン
チＧ’ｌ　において光ビームφ′１を符号化する信号Ｑ
を捕捉する。第４ｅ図は移相Δφの関数としての出力ブ
ランチＧ１およびＧ’ｌにおける信号ＱおよびＱの光学
強さ！、。、の変化を示している。最後に、第４ｆ図は
Ｉｏと■τとの間の移相誤差δφの関数としての吸収係
数の変化を示している。

第４ｅ図および第４ｆ図を比べた場合に、僅かな補足移
相δφが反対相を理論的に有するＩ（。）と■、τ、と
の間に生ずる場合には吸収係数Ｔ。が速やかに減少し、
もはや消光（ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ）できなくなること
を示している。この事は、例えば電極ＫｌｌまたはＫＩ
Ｚが温度変化の関係としてバイアス電圧を誘導すること
によるものである。

干渉計の出力ブランチの１つに本発明の配置を挿入する
場合、非消光（ｎｏｎ　−ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ）する
か、または簡単な手段において最大を達成するかを確か
めることができ、および装置１０（示していない）を電
極に＋＋（およびＫＨｚ）における電圧値を正確にする
ように操作することができる。

■を適用する第２応用例 双安定光学装置はＥＩＥ（バリー、リュ　デアサス、２
１）のアライン　カレンコ氏による文献に記載されてお
り、この装置は半導体基板に集積されおよび電極により
斜めに結合さた２個の光導体、および集積れていない信
号検出器からなる。

この双安定装置の改善は本発明の検出器を形成すること
により達成することができた。

を適用する第３応用例 本発明の装置は、導波管出力からのデマルチプレクス信
号（ｄｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ　ｓｉｇｎａｌｓ）
を受けるために全入力信号を検出器により受信するよう
にカップリング長さを設ける場合に用いることができる
。

この応用については第５図により説明している。

この第５図は上から見て、半導体基板にモノリシックに
集積した、λ３．λ２などの個々の波長の単色光信号を
それぞれ搬送する２個のまたは数個の導波管Ｇ、’、Ｇ
、”などを示している。

これらの光ビームはマルチプレクス信号φ、を搬送する
入力ＧＥの単一導波管から発生でき、がかるマルチブレ
クス信号はλ１．λ２などの波長を有する信号をカップ
リングにより各導波管Ｇ１１゜Ｇｌ”を選択的に通して
デマルチプレクスでき、この事はこれらの波長における
伝搬を強めるために導波管Ｑ　Ｉ　、　Ｑ　！の屈折率
を平坦にするためである。

一方において統合および他方において選択カップリング
の結果として、導波管Ｇ　Ｉ’＋　Ｑ、２を基板に互い
に接近させて堆積することができる。本発明により導波
管ｃ、’、ｃ、ｚ上に位置する光検出器り、、Ｄ、など
は再マルチプレクシング（ｒｅｎｅｗｅｄｍｕｌｔｉｐ
ｌｅｘｉｎｇ）の惧えなく各搬送信号を検出することが
できる。

この結果は既知の装置によっては達成することができな
い。なぜらば、信号は基板を通る場合にもはや案内され
ないために、信号の再マルチプレクシングが基板の通過
中に導波管と検出器と間に生ずるためである。

本　明の装置の製造プロセス 次に、本発明の装置の有利な製造プロセスを一例を挙げ
て説明する。

このプロセスは気相エピタキシアル生長（ＶＰＥ）また
は液相エピタキシアル生長（ＬＰＥ）から出発でき、な
かでも前者が好ましい。

第１層ＣＯ１すなわち、制限層は単結晶配向基板Ｓ上に
堆積する。次いで、みぞ１を層Ｃ０に異方性腐食により
、このみぞが結晶ファセットにより形成された縦側面を
有するように形成する（第１ｂおよび２ｂ図）。

次いで、層ＣＩを層Ｃ０の頂部に、好ましくはＶＰＥ生
長によって堆積する実際上、このプロセスではみぞの縦
側面に生長する速度は層Ｃ０における頂面における生長
速度より速い。それ故、ＶＰＥ生長のために、層ＣＩの
頂面ば平坦タイプ（ｐｌａｎａｒ　ｔｙｐｅ）の面にな
る。この結果は、均一厚さの層を形成するＭＯＶＰＥま
たはＭＢＥと称する生長タイプにより多くの困難さを伴
って達成できるが、しかしみぞに平坦構造を得ることが
できない、このために、みぞを導波管Ｇ１を形成する層
Ｃ１で充填する。

次いで、適当なマスクの開口に導波管Ｇ２を局部的エピ
タキシアル生長により形成する。導波管Ｇ２はＮＣ８上
に突出させたストリップ状に生長させ、結晶ファセット
により形成された縦面を有する。この方法により、同様
にして結晶ファセットにより鏡Ｍ＋を形成することがで
きる。

最後に、適当なマスクの開口に検出器りを局部的エピタ
キシアル生長により導波管Ｇ１またはＧｔ上に突出させ
て形成し、形成された検出器は結晶ファセットにより形
成された終端面および縦面を有する。この方法により、
同様にして結晶ファセットにより鏡Ｍ２を形成すること
ができる。

層ｃ４および電極Ｅ、およびＥ２は既知の手段で形成す
ることができる。

異方性腐食および局部的エピタキシを包含するこの製造
プロセ不により、特に光を導波管におよび検出器に制限
でき、損失をできるだけ低く保つことができ、またこれ
らの損失を、光を常に案内するための装置により減少す
ることができる。

第６ａおよび６ｂ図は本発明の装置における光の伝播状
態を示している。

第６ｂ図はカップリングの初期における第１Ｃまたは２
０図に断面で示す装置における等しい強さの曲線を示し
ており、これから導波管Ｇ、における光のローカリゼイ
ションを判断することができる。

また、第６ｂ図はあるカップリング距離後の第１Ｃまた
は２０図に断面で示す装置における等しい強さの曲線を
示しており、これから検出器りまたは導波管Ｇｔにおけ
る導波管Ｇｌのカップリングを通る光のロー力すゼイシ
ョンを判断することができる。

また、本発明の装置は、非局部的エピタキシアル生長さ
せ、次いで適当な形のマスク開口に選択腐食を施すこと
によって形成することができる。

この技術は当業者技術において従来より知られている技
術である。

最後に、この最後の製造プロセスにおいて、基板が制限
層Ｃ０に対して好ましい化合物からなる場合には、第１
図に示す装置は単一エビタキシアル段階で作ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は、上から見た場合の、光導波管に直接に結合
した本発明の装置の平面図、 第１ｂ図は第１ａ図のＩ−Ｉ’綿線上断面図、第１ｃ図
は第１ａ図のＪ−Ｊ’綿線上断面図、第１ｄ図は第１ａ
図のに−Ｋ”線上の断面図、第２ａ図は、上から見た場
合の、中間導波管により光導波管に結合した本発明の装
置の平面図、第２ｂ図は第２ａ図のＩ−１’線上の断面
図、第２ｃ図は第２ａ図のＪ−Ｊ”線上の断面図、第２
ｄ図は第２ａ図のに−に′線上の断面図、第３ａ図は二
元化合物ＩｎＰ−ｎ−（曲線■Ａ）、四元化合物Ｇａｘ
Ｉｎ＋−ｘ　ｌ　ＡｓｙＰｔ−ｙ　（ここにｙ　＝０．
２）（曲線■Ａ）および四元化合物ＧａｘＩｎ＋−ｙ　
＋　ＡＸｙＰ＋−ｙ（ここにｙユ０．７）　（曲線ＩＩ
Ｉａ）の各屈折率ｎｌ＋ｎ！＋ｎ３の波長λの関数とす
る変化を示すグラフ、 第３ｂ図は二元化合物ＩｎＰ−ｎ−（曲線１．）、四元
化合物ＧａＸ１ｎ＋−Ｘ　Ｉ　ＡｓｙＰｔ−ｙ　（ここ
にｙ　！０．２）（曲線■、）および四元化合物Ｇａ、
Ｉｎ、−１，ＡｓｙＰｔ−ｙ（ここにｙα０．７）　（
曲線ＩＩＩａ）の吸収係数αの波長λの関数とする変化
を示すグラフ、゛第４ａ図は本発明の装置を構成するマ
ツハーツヱンダ　タイプの積分干渉計の説明用線図、第
４ｂ〜４ｆ図は電圧変化または電流変化として上記干渉
計における信号シーケンスを示す曲線図、 第５図は本発明の装置からなる集積デマルチプレクサの
説明用線図、および 第６ａおよび６ｂ′はカップリングの初期における、お
よびあるカップリング距離後の第１ｃ図または第２ｃ図
に相当する本発明の装置の部分における等しい強さを示
す曲線図である。 Ｓ・・・半導体基板　　　　Ｃ０・・・制限層ＣＩ・・
・透過層（第１透過Ｎ） Ｃ２・・・透過層（第２透過層） Ｃ１・・・吸収層（キャップ層） Ｃ４・・・層 Ｄ　、Ｄ、、Ｄ、・・・光検出器 ＥＩ、Ｅｘ・・・電極（接点） ＧＩ・・・光導波管（主導波管） Ｇｚ・・・第２光導波管（中間導波管）Ｌ＋、Ｌｘ・・
・カップリング長さ Ｍ　ｒ　、　Ｍ　ｚ・・・反射ファセット（鏡）ＭＩＳ
、　Ｍｚ。・・・半反射板 Ｍ、、、Ｍ、！・・・全反射鏡 に、、、に、、・・・電極 Ｂ、、、Ｂ、□・・・ブランチ Ｇ、’、Ｇ−・・・導波管 同　　　　弁理士　　　杉　　　　村　　　　興　　　
　作ＬＪ、　　　　　　　　　　　−一　　　　　　　
　　　　ＬＬ−Ｃコ Ｅ　　ＬＪ：１　　′−＃　　ゞ　−〒　Ｔ　〒＝− 手　　続　　補　　正　　書（方式） 昭和６２年１０月　８日 特許庁長官　　小　　川　　邦　　夫　　殿１、事件の
表示 昭和６２年特許顕第１６８９０６号 ２、発明の名称 集積半導体装置 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 名　称　エヌ・ベー・フィリップス・ フルーイランペンファブリケン ４、代理人 ６、補正の対象　明細書の「図面の簡単な説明」の欄７
、補正の内容

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、III−Ｖ化合物の半導体基板Ｓの表面上に含むIII−
   Ｖ化合物の制限層Ｃ＿０、作動波長を透過し、かつ制限
   層より高い指数を有するIII−Ｖ化合物の透過層Ｃ＿１
   、この透過層Ｃ＿１に形成した光導波管Ｇ＿１、この導
   波管より高い指数を有する作動波長に対するIII−Ｖ化
   合物の吸収層Ｃ＿３、およびこの吸収層Ｃ＿３に形成し
   た光検出器から構成した与えられた波長帯内で作動する
   光検出器Ｄと光導波管Ｇ＿１との間をカップリングする
   タイプの集積半導体装置において、前記吸収層Ｃ＿３を
   前記透過層Ｃ＿１の頂部に堆積し、光検出器を光導波管
   Ｇ＿１の表面上に形成し、およびこの光導波管にその軸
   に平行に導波管より発し、かつ光検出器により受信した
   光の量の関数である与えられたカップリング長さＬ＿２
   にわたり結合したことを特徴とする集積半導体装置。 ２、後で第１透過層と称する透過層Ｃ＿１と吸収層Ｃ＿
   ３との間に堆積した第１透過層Ｃ＿１の指数と吸収層Ｃ
   ＿３の指数との間の指数を有する作動波長に対するIII
   −Ｖ化合物の第２透過層Ｃ＿２からなり、この第２透過
   層Ｃ＿２に中間導波間と称する第２光導波管Ｇ＿２を第
   １透過層Ｃ＿１に堆積した後で主導波管Ｇ＿１と称する
   導波管の表面上に形成し、および主導波管Ｇ＿１にその
   軸に平行に主導波管Ｇ＿１より発し、かつ中間導波管Ｇ
   ＿２により受信した光の量の関数であるカップリング長
   さＬ＿１にわたって結合した特許請求の範囲第１項記載
   の装置。 ３、基板ＳをＡ＿IIIＢ＿Ｖ化合物（ここにＡは例えば
   インジウム元素（Ｉｎ）およびＢは例えばりん元素（Ｐ
   ）を示す）とし、制限層をｎ＾＋導電型のＡ＿IIIＢ＿
   Ｖ化合物とし、第１透過層Ｃ＿１をｎ＾−導電型のＡ＿
   IIIＢ＿Ｖ化合物とし、吸収層Ｃ＿３を式ＧａＩｎＡｓ
   ＿ｙＰ＿１＿−＿ｙ（ここに濃度ｙは、選定作動波長に
   おいて化合物の吸収特性を得るように選択する）で表わ
   される四元化合物を形成するＡ＿IIIＸ＿III、Ｂ＿ＶＹ
   ＿Ｖ化合物（ここにＡは例えはインジウム元素（Ｉｎ）
   、Ｘは例えばガリウム元素（Ｇａ）、Ｂは例えばりん元
   素（Ｐ）およびＹは例えば砒素元素 （Ａｓ）を示す）とした特許請求の範囲第１または２項
   記載の装置。 ４、選定作動波長λ＝１．３μｍの場合、濃度ｙを０．
   ７≦ｙ＜１の関係を満足させるようにした特許請求の範
   囲第３項記載の装置。 ５、第２透過層Ｃ＿１を式ＧａＩｎＡｓ＿ｙＰ＿１＿−
   ＿ｙ（ここに濃度ｙは選定波長に対する透過特性を得る
   ように選択する）で表わされる四元化合物を形成するＡ
   ＿IIIＸ＿III、Ｂ＿ＶＹ＿Ｖ化合物（ここにＡは例えは
   インジウム（Ｉｎ）、Ｘは例えばガリウム（Ｇａ）、Ｂ
   は例えばりん（Ｐ）およびＹは例えば砒素（Ａｓ）を示
   す）とした特許請求の範囲第２、３または４項記載の装
   置。 ６、λ＝１．３μｍの選定作動波長に対して、濃度ｙを
   ０．１≦ｙ＜０．７の関係を満足させるようにした特許
   請求の範囲第５項記載の装置。 ７、光導波管の縦面および検出器の面を結晶学的面で制
   限した特許請求の範囲第１〜６項のいずれか一つの項記
   載の装置。 ８、中間導波管Ｇ＿２には、カップリング長さＬ＿１の
   端部に導波管Ｇ＿１から離れた領域に位置した光検出器
   の方向に光を反射する反射ファセットＭ＿１を設けた特
   許請求の範囲第１〜７項のいずれか一つの項記載の装置
   。 ９、反射ファセットＭ＿１を結晶学的面とした特許請求
   の範囲第８項記載の装置。 １０、中間導波管Ｇ＿２には、カップリング長さの端部
   に光検出器Ｄの吸収層Ｇ＿３の方向に光を反射する反射
   ファセットＭ＿２を設けた特許請求の範囲第２〜９項の
   いずれか一つの項記載の装置。 １１、反射ファセットＭ＿２を結晶学的面とした特許請
   求の範囲第１０項記載の装置。