JPH02251908A - 屈曲型光導波路 - Google Patents
屈曲型光導波路Info
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Landscapes
- 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】
［産業上の利用分野］
本発明は、光集積回路あるいは光電子集積回路等の構成
要素として用いられる、化合物半導体光導波路に関する
。
要素として用いられる、化合物半導体光導波路に関する
。
［従来の技術］
従来の屈曲型光導波路は、ジャーナル オブアプライド
フィジックス（Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｌ ） ６
０（１２）、１５ にある様に、ＧａＡｓ基板の（１
００）面上に誘電体絶縁膜である５１０２をマスクとし
て、液相成長（Ｌ Ｐ Ｅ）法により選択的にエピタキ
シャル成長していた。
フィジックス（Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｌ ） ６
０（１２）、１５ にある様に、ＧａＡｓ基板の（１
００）面上に誘電体絶縁膜である５１０２をマスクとし
て、液相成長（Ｌ Ｐ Ｅ）法により選択的にエピタキ
シャル成長していた。
光導波路層はＧａＡｓよりなり、入射側の導波路と出射
側の導波路とは９０°の角度を成している。
側の導波路とは９０°の角度を成している。
また、屈曲の部分には光の導波方向に対して４５０の角
度で鏡面が形成されている。組曲の部分に進入した光は
４５° ミラーで反射され、その進行方向を９０＠曲げ
られてた後、導波路内を伝搬する。導波路の上面は（１
００）面、側面は（１１１）面、４５″ ミラーは（Ｚ
ｏｏ）面でそれぞれ形成されている。選択成長により光
導波路を形成するため、エツチングにより光導波路を形
成する場合に比べ、散乱損失の少ない平坦な４５° ミ
ラ−が得られる。
度で鏡面が形成されている。組曲の部分に進入した光は
４５° ミラーで反射され、その進行方向を９０＠曲げ
られてた後、導波路内を伝搬する。導波路の上面は（１
００）面、側面は（１１１）面、４５″ ミラーは（Ｚ
ｏｏ）面でそれぞれ形成されている。選択成長により光
導波路を形成するため、エツチングにより光導波路を形
成する場合に比べ、散乱損失の少ない平坦な４５° ミ
ラ−が得られる。
反射鏡を利用した屈曲型光導波路において、その伝搬損
失は鏡面の位置のずれ（Δ）、角度のずれ（α、及びβ
）に大きく依存する。当従来技術では、結晶の成長速度
の面方位依存性を利用して鏡面の角度を正確に、かつ自
動的に調整し、またマスクパターンを最適化することに
より鏡面の位置を調整している。 （第４図） ［発明が解決しようとする課題］ しかし、前述の従来技術の屈曲型光導波路は、ｍ−ｖ族
化合物半導体であるＧａＡｓで光導波路層が形成されて
いるため、ＧａＡｓのエネルギーギャップに近いか、あ
るいはそれよへ大き−い光子エネルギーを有する光を導
波しようとすると、吸収損失が大きくなり、伝搬効率の
低下が避けられなかった。
失は鏡面の位置のずれ（Δ）、角度のずれ（α、及びβ
）に大きく依存する。当従来技術では、結晶の成長速度
の面方位依存性を利用して鏡面の角度を正確に、かつ自
動的に調整し、またマスクパターンを最適化することに
より鏡面の位置を調整している。 （第４図） ［発明が解決しようとする課題］ しかし、前述の従来技術の屈曲型光導波路は、ｍ−ｖ族
化合物半導体であるＧａＡｓで光導波路層が形成されて
いるため、ＧａＡｓのエネルギーギャップに近いか、あ
るいはそれよへ大き−い光子エネルギーを有する光を導
波しようとすると、吸収損失が大きくなり、伝搬効率の
低下が避けられなかった。
そこで本発明はこの様な課題を解決するもので、その目
的とするところは伝搬効率の高い屈曲型光導波路を、簡
略なプロセスで歩留りよく製造するところにある。
的とするところは伝搬効率の高い屈曲型光導波路を、簡
略なプロセスで歩留りよく製造するところにある。
［課題を解決するための手段］
本発明の屈曲型光導波路は
（１）光波の伝搬方向を変換する屈曲型光導波路におい
て、該光導波路は基板上に少な（とも■−■族化合物半
導体よりなるクラッド層と、該クラッド層よりも屈折率
が大なるＩＩ−ＶＩ族化合物半導体よりなる光導波層を
有し、上記各層のうち少なくとも１層は選択エピタキシ
ャル成長したこと（２）該導波路は、選択成長ににより
形成した４５″ ミラーを有すること を特徴とする。
て、該光導波路は基板上に少な（とも■−■族化合物半
導体よりなるクラッド層と、該クラッド層よりも屈折率
が大なるＩＩ−ＶＩ族化合物半導体よりなる光導波層を
有し、上記各層のうち少なくとも１層は選択エピタキシ
ャル成長したこと（２）該導波路は、選択成長ににより
形成した４５″ ミラーを有すること を特徴とする。
［実 施 例］
第１図は、本発明の実施例における屈曲型光導波路の上
面図、及び断面図である。
面図、及び断面図である。
ｌはＧａＡｓ基板、２はＺｎＳよりなる下側クラッド層
、３はＺｎ５ｅよりなる光導波路層、４はＺｎＳよりな
る上側クラッド層である。Ｚｎ５ｅ、ＺｎＳの屈折率は
それぞれ２．３４、２．３１で、接合に垂直方向にはこ
の大きな屈折率段差により有効に光が閉じ込められる。
、３はＺｎ５ｅよりなる光導波路層、４はＺｎＳよりな
る上側クラッド層である。Ｚｎ５ｅ、ＺｎＳの屈折率は
それぞれ２．３４、２．３１で、接合に垂直方向にはこ
の大きな屈折率段差により有効に光が閉じ込められる。
接合に平行方向には、屈折率が ２．３４の光導波路層
を屈折率１．０の大気ではさんだ構造になっており、光
の導波路層内への閉じ込めは十分行われている。
を屈折率１．０の大気ではさんだ構造になっており、光
の導波路層内への閉じ込めは十分行われている。
上記の光導波路は、ＧａＡｓ基板の（１００）面上に結
晶成長を行・うことにより形成され、導波路の上面は（
１００）面、側面は（１１１）面である。光を全反射す
る４５°ミラーは基板に対して９０°角度をなしている
。
晶成長を行・うことにより形成され、導波路の上面は（
１００）面、側面は（１１１）面である。光を全反射す
る４５°ミラーは基板に対して９０°角度をなしている
。
以下に本発明の屈曲型光導波路の製造工程を第２図を用
いて説明する。
いて説明する。
まず、ＧａＡｓ基板（１）を準備し、モノシラン（Ｓ
Ｉ Ｈ，）を原料とする熱ＣＶＤ法によって５１０２膜
を基板上に蒸着する。次−℃で７・オトリソグラフィー
工程により光導波路を作成する部分の５１０２膜を除去
し、選択成長のためのマスクを形成する。（第２図（ａ
）） さらに、上記５１０２をマスクとして下側クラッド層（
２）、光導波路層（３）上側クラッド層（４）を順次エ
ピタキシャル成長する。原料は亜鉛ソースとしてジメチ
ル亜鉛（ＤＭＺｎ）、硫黄ソースとしてジメチル硫黄（
ＤＭＳ）、セレンソースとしてジメチルセレン（ＤＭＳ
ｅ）の各有機金属化合物を用い、有機金属化学気相成
長（ＭＯＣＶＤ）法により成長を行う。Ｚｎ５ｅとＺｎ
Ｓのへテロ接合は、ＤＭＺｎを流したまま、・ＤＭＳと
ＤＭＳ ｅの各ガスラインのバルブの切り替えを行うこ
とにより形成する。成長条件は成長圧力ｌＱ Ｑ ｔ
ｏ ｒ ｒ、成長温度が、４００℃以上７００℃以下、
■族原料と■族原料の原料供給比が６以下とする。上記
の方法により選択成長を行うと、５１０２膜がマスクと
なり、マスク上には何も付着することなく、マスクのな
い部分にのみ選択的に■−■族化合物半導体がエビタキ
ンヤル成長する。
Ｉ Ｈ，）を原料とする熱ＣＶＤ法によって５１０２膜
を基板上に蒸着する。次−℃で７・オトリソグラフィー
工程により光導波路を作成する部分の５１０２膜を除去
し、選択成長のためのマスクを形成する。（第２図（ａ
）） さらに、上記５１０２をマスクとして下側クラッド層（
２）、光導波路層（３）上側クラッド層（４）を順次エ
ピタキシャル成長する。原料は亜鉛ソースとしてジメチ
ル亜鉛（ＤＭＺｎ）、硫黄ソースとしてジメチル硫黄（
ＤＭＳ）、セレンソースとしてジメチルセレン（ＤＭＳ
ｅ）の各有機金属化合物を用い、有機金属化学気相成
長（ＭＯＣＶＤ）法により成長を行う。Ｚｎ５ｅとＺｎ
Ｓのへテロ接合は、ＤＭＺｎを流したまま、・ＤＭＳと
ＤＭＳ ｅの各ガスラインのバルブの切り替えを行うこ
とにより形成する。成長条件は成長圧力ｌＱ Ｑ ｔ
ｏ ｒ ｒ、成長温度が、４００℃以上７００℃以下、
■族原料と■族原料の原料供給比が６以下とする。上記
の方法により選択成長を行うと、５１０２膜がマスクと
なり、マスク上には何も付着することなく、マスクのな
い部分にのみ選択的に■−■族化合物半導体がエビタキ
ンヤル成長する。
ところで、ＧａＡｓ基板の（１００）面上にＺｎ５ｅを
選択成長した場合、 （１００）面、及び（１１１）面
の成長速度が他の結晶面のそれに比べ大きい。従って、
鏡面となる（１００）面は（１１０）方向に延びる光導
波路に対して正確に４５″の角度を成し、また基板表面
を形成する（１００）面に対しては直角になる。以上の
様に本発明の屈曲型光導波路は、わずか１段階の選択成
長で形成することができる。
選択成長した場合、 （１００）面、及び（１１１）面
の成長速度が他の結晶面のそれに比べ大きい。従って、
鏡面となる（１００）面は（１１０）方向に延びる光導
波路に対して正確に４５″の角度を成し、また基板表面
を形成する（１００）面に対しては直角になる。以上の
様に本発明の屈曲型光導波路は、わずか１段階の選択成
長で形成することができる。
ダブルへテロ構造光導波路を選択成長した後、マスクの
５ｉｏ２膜を除去すると、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体よ
りなる屈曲型光導波路が完成する。
５ｉｏ２膜を除去すると、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体よ
りなる屈曲型光導波路が完成する。
さて、Ｚｎ５ｅ／空気 界面における内部反射の臨界角
は ２５．３’である。この角度は本発明の実施例の入
射角４５＠よりも十分小さく、ミラーに入射角４５＠で
入射した光は鏡面を透過することなく、光導波路内に有
効に閉じ込められ、伝搬されていく。
は ２５．３’である。この角度は本発明の実施例の入
射角４５＠よりも十分小さく、ミラーに入射角４５＠で
入射した光は鏡面を透過することなく、光導波路内に有
効に閉じ込められ、伝搬されていく。
第３図は、本発明の応用例である。−（ａ）は、９０″
の屈曲型光導波路を２個結合し、光波の伝搬方向を１８
０’回転させるものである。緩やかなカーブにより光波
・の伝搬方向を変える光導波路においては、伝搬損失を
小さくするために曲率半径を大きくすることが必要で、
約１ｃｍ以上の半径にしなければならない。しかし本実
施例によれば、１ｍｍ以下の小さなスペースで、しかも
効率よく光の伝搬方向を変えることができる。 （ｂ）
は９０＠以外の屈曲の例である。前にも述べた様に、Ｚ
ｎ５ｅ／空気 界面における全反射の臨界入射角は ２
５．３＠である。従って、これより大きい入射角で鏡面
に光が入射すれば、低損失で光の伝搬方向を変換するこ
とが可能である。この場合、鏡面は（１００）面である
ことが必要である。
の屈曲型光導波路を２個結合し、光波の伝搬方向を１８
０’回転させるものである。緩やかなカーブにより光波
・の伝搬方向を変える光導波路においては、伝搬損失を
小さくするために曲率半径を大きくすることが必要で、
約１ｃｍ以上の半径にしなければならない。しかし本実
施例によれば、１ｍｍ以下の小さなスペースで、しかも
効率よく光の伝搬方向を変えることができる。 （ｂ）
は９０＠以外の屈曲の例である。前にも述べた様に、Ｚ
ｎ５ｅ／空気 界面における全反射の臨界入射角は ２
５．３＠である。従って、これより大きい入射角で鏡面
に光が入射すれば、低損失で光の伝搬方向を変換するこ
とが可能である。この場合、鏡面は（１００）面である
ことが必要である。
他の結晶面では鏡面が基板表面に対して直角とならず（
β≠０）、接合方向に光を伝搬する場合には散乱損失が
大きくなる。
β≠０）、接合方向に光を伝搬する場合には散乱損失が
大きくなる。
なお、光導波路層、クラッド層の組合せとして、Ｚｎ５
ｅ−ＺｎＳ系のみでなく、下の表１の様な表１ 組合せも可能である。光導波路のエピタキシャル成長は
、該当元素の有機金属化合物を用いたＭＯＣＶＤ法によ
る。
ｅ−ＺｎＳ系のみでなく、下の表１の様な表１ 組合せも可能である。光導波路のエピタキシャル成長は
、該当元素の有機金属化合物を用いたＭＯＣＶＤ法によ
る。
また本実施例では、原料の有機金属化合物として、Ｄ
Ｍ Ｚ ｎ等のメチル誘導体を用いて説明を行ったが、
ジエチル亜鉛（ＤＥＺｎ）等のエチル銹導体や、その他
のアルキル金属化合物の利用も可能である。選択成長の
ためのマスクも、５１０２に限らず、５ｌｓＮａ等の絶
縁膜が使用可能である。
Ｍ Ｚ ｎ等のメチル誘導体を用いて説明を行ったが、
ジエチル亜鉛（ＤＥＺｎ）等のエチル銹導体や、その他
のアルキル金属化合物の利用も可能である。選択成長の
ためのマスクも、５１０２に限らず、５ｌｓＮａ等の絶
縁膜が使用可能である。
［発明の効果］
本発明の屈曲型光導波路は以下のような効果を有する。
（１）導波路層がエネルギーギャッ久の大きな■−■族
化合物半導体層により形成されるでいるため、導波光の
短波長化が可能となる。また■−■族化合物半導体の有
するワイド・バンドギャップゆえに従来と同じ波長領域
の光（１μｍ帯）を導波した場合も、光導波路における
吸収損失は従来に比べ大幅に低く抑えることができる。
化合物半導体層により形成されるでいるため、導波光の
短波長化が可能となる。また■−■族化合物半導体の有
するワイド・バンドギャップゆえに従来と同じ波長領域
の光（１μｍ帯）を導波した場合も、光導波路における
吸収損失は従来に比べ大幅に低く抑えることができる。
本発明の屈曲型光導波路は、６００ ｎｍとい一ノ短波
長の光に対しても極めて低い伝搬損失で光波を導波する
ことができる。
長の光に対しても極めて低い伝搬損失で光波を導波する
ことができる。
ぐ２）光導波路を選択成長により形成するので、成長後
エツチング、あるいは拡散等の工程を行う必要がなく、
このことは後工程による膜質の低下、あるいは表面荒れ
を未然に防ぐことができる。特に、鏡面はエツチングに
よって形成する場合に比べ平坦な面を得ることができる
ため、導波光の散乱損失を小さく抑えることが可能であ
る。また結晶の成長速度に面方位依存性があるため、光
導波路に対して正確に４５″の角度を有する鏡面を得る
ことができる。
エツチング、あるいは拡散等の工程を行う必要がなく、
このことは後工程による膜質の低下、あるいは表面荒れ
を未然に防ぐことができる。特に、鏡面はエツチングに
よって形成する場合に比べ平坦な面を得ることができる
ため、導波光の散乱損失を小さく抑えることが可能であ
る。また結晶の成長速度に面方位依存性があるため、光
導波路に対して正確に４５″の角度を有する鏡面を得る
ことができる。
（３）鏡面を利用して光の伝搬方向を変換しているので
、緩やかなカーブにより光の伝搬方向を変える光導波路
に比べ狭い面積でその目的を達成することができる。ま
た、カーブを有する光導波路では、導波路側面が曲面に
なっているため、エツチング、選択成長いずれの方法に
より導波路を形成した場合でも滑らかな曲面を得ること
は困難で、これに伴う散乱損失の増加は避けられなかっ
た。
、緩やかなカーブにより光の伝搬方向を変える光導波路
に比べ狭い面積でその目的を達成することができる。ま
た、カーブを有する光導波路では、導波路側面が曲面に
なっているため、エツチング、選択成長いずれの方法に
より導波路を形成した場合でも滑らかな曲面を得ること
は困難で、これに伴う散乱損失の増加は避けられなかっ
た。
本発明の屈曲型先導、波路は導波路側面に曲面が存在し
ないためその伝搬損失は低く、鏡面における散乱損失も
低く抑えられる。
ないためその伝搬損失は低く、鏡面における散乱損失も
低く抑えられる。
（４）ＭＯＣＶＤ法を光導波路の成長手段として用いる
ので、膜厚の制御性、再現性に優れている。
ので、膜厚の制御性、再現性に優れている。
また他の成長方法と比べて、ウェハの大面積化が可能で
あり、量産化に適している。
あり、量産化に適している。
（５）工程が極めて簡単かつ短いので、歩留りが向上す
る。特に半導体レーザ等、他のデバイスと同一基板上に
モノリシックアレイとして集積する場合、簡略なプロセ
ス、高い歩留りは必要の条件であり、本発明の屈曲型光
導波路はこの条件を十分満足する。
る。特に半導体レーザ等、他のデバイスと同一基板上に
モノリシックアレイとして集積する場合、簡略なプロセ
ス、高い歩留りは必要の条件であり、本発明の屈曲型光
導波路はこの条件を十分満足する。
上面図。
第４図（ａ）、 （ｂ）は従来の屈曲型光導波路の斜
視図及び断面図。
視図及び断面図。
１１ ＧａＡｓ基板
１２ 下側クラッド層
１３ 光導波路層
１４ 上側クラッド層
以上
出願人 セイコーエプソン株式会社
代理人弁理士 鈴木喜三部（他１名）
第１図（ａ）、 （ｂ）は本発明の屈曲型光導波路の
斜視図及び断面図。 第２図（ａ）〜（Ｃ）は本発明の製造工程を示す断面図
。 第３図（ａ）、 （ｂ）は本発明の応用例を示すＣ久
ン （ト） Ｃｂ） ＜Ｃ，ン （久） （ｂ） （久） ＄ｙｑ−１）図
斜視図及び断面図。 第２図（ａ）〜（Ｃ）は本発明の製造工程を示す断面図
。 第３図（ａ）、 （ｂ）は本発明の応用例を示すＣ久
ン （ト） Ｃｂ） ＜Ｃ，ン （久） （ｂ） （久） ＄ｙｑ−１）図
Claims (2)
- （１）光波の伝搬方向を変換する屈曲型光導波路におい
て、該光導波路は基板上に少なくともII−VI族化合物半
導体よりなるクラッド層と、該クラッド層よりも屈折率
が大なるII−VI族化合物半導体よりなる光導波層を有し
、上記各層のうち少なくとも１層は選択エピタキシャル
成長したことを特徴とする屈曲型光導波路。 - （２）該導波路は、選択成長ににより形成した４５°ミ
ラーを有することを特徴とする請求項１記載の屈曲型光
導波路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7420289A JPH02251908A (ja) | 1989-03-27 | 1989-03-27 | 屈曲型光導波路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7420289A JPH02251908A (ja) | 1989-03-27 | 1989-03-27 | 屈曲型光導波路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02251908A true JPH02251908A (ja) | 1990-10-09 |
Family
ID=13540366
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7420289A Pending JPH02251908A (ja) | 1989-03-27 | 1989-03-27 | 屈曲型光導波路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02251908A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8270257B2 (en) | 2008-01-31 | 2012-09-18 | Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. | Thermally assisted recording systems with low loss light redirection structure |
-
1989
- 1989-03-27 JP JP7420289A patent/JPH02251908A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8270257B2 (en) | 2008-01-31 | 2012-09-18 | Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. | Thermally assisted recording systems with low loss light redirection structure |
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