JPH0246406A - 光導波路及びその製造方法 - Google Patents

光導波路及びその製造方法

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JPH0246406A
JPH0246406A JP19650088A JP19650088A JPH0246406A JP H0246406 A JPH0246406 A JP H0246406A JP 19650088 A JP19650088 A JP 19650088A JP 19650088 A JP19650088 A JP 19650088A JP H0246406 A JPH0246406 A JP H0246406A
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JP
Japan
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waveguide
layer
waveguide layer
mask
optical waveguide
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JP19650088A
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Koji Yamazaki
康二 山崎
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Seiko Epson Corp
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Seiko Epson Corp
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、光集積回路或いは光電子集積回路等の構成要
素として用いられるII −VI族化合物半導体の光導
波路に関する。
[従来の技術] 従来報告されているII〜VI族化合物半導体の光導波
路は、トシャ・ヨコガワ、アプライド・フィジックス・
レター(Toshiya Yokogawa、Appl
Phys、 Leff) Vol、 52、No、2、
F1988) 120に記載されている構造のものであ
る。第5図は該光導波路の概略図であり、6はGaAS
基板、7はZnSより成るクラッド層、8はZn5e−
ZnS超格子より成る導波路層、9はSiO2のストラ
イブである。この光導波路はS i 02のストライブ
幅が6μm、導波路層の厚さが04〜】24I1mの時
、波長が0.63311mの光に対してシングルモード
となり、又伝搬損失はo、71dB/cmであると報告
されている。
〔発明が解決しようとする課題) しかし、前述の従来技術の光導波路は導波路層上にスト
ライブ状のSiO□を形成することにより、界面と平行
な方向の実効的な屈折率段差をつけている為、この方向
における導波路領域とクラッド域との屈折率の段差が小
さく光の閉じ込めが有効に行われないという課題を有す
る。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光を有効に閉し込める構造のII
VI族化合物半導体の光導波路及びその製造方法を提供
するところにある。
[課題を解決するための手段1 本発明の光導波路は、基板上にII −VI族化合物半
導体より成るクラッド層と該クラッド層よりも大きな屈
折率を有するIT−VI族化合物半導体より成る導波路
層を積層した構造を有し、かつ少なくとも導波路層がリ
ッジ型てあり、がっ導波路層は誘電体薄膜により完全に
覆われていることを特徴とする。さらに、該光導波路の
第1の製造方法は、基板上にクラッド層を形成する工程
と、該クラッド層上にマスクを形成する工程と、該マス
クを用いて導波路層をクララ1へ層上の一部に選択的に
形成する工程と、マスクを除去する工程と、該導波路層
の全面に誘電体薄月莫を形成する工程を含むことを特徴
とする。又第2の製造方法は、基板上にマスクを形成す
る工程と、該マスクを用いてクラッド層と導波路層を基
板上の一部に選択的に形成する工程と、マスクを除去す
る工程と、該導波層の全面に誘電体薄膜を形成する工程
を含もことを特徴とする。
[実施例11 第1図は本発明の実施例におLdるII −VI族化合
物半導体の光導波路の概略断面図である。1はGaAs
基板、2はZnSより成るクラッド層、3はZn5eよ
り成る導波路層、4は5102膜である。この構造にお
いて、界面と垂直な方向は導波路層の屈折率が2.34
に対して下部のクラッド層の屈折率が2.31及び上部
は屈折率が146のSiO3膜である為屈折率の段差は
十分に大きく、又界面と平行な方向においても屈折率が
234の導波路層を屈折率が146のS10□膜で挟ん
だ構造の為屈折率の段差は十分に大きい。この様に導波
路層とその周囲との屈折率の段差が大きい為、導波路層
への光の閉し込めが有効に行われる。0.6328+1
mの波長の光を用いて該光導波路の伝搬損失を測定した
ところ05 dB/cm以下と低損失なものであった。
これは、前述した様に光が導波路層内に有効に閉し込め
られている為、GaAs基板中への光のしみ出しが小さ
(GaAs基板内での吸収が小さいことを示す。又、後
述する様に光導波路の製造工程において導波路層のエツ
チングをする必要がない為、導波路層の表面が平坦であ
り散乱損が小さいことも低損失の一因である。ZnS及
びZn5e等のIIVI族化合物半導体は、基板のGa
Asと同し閃亜鉛鉱型の結晶構造である為GaAs基板
上に容易にエピタキシャル成長できる。又、発光素子及
び受光素子等の光デバイスや電子デバイスもGaAs基
板上に作製することができる為、本発明の光導波路はこ
れらのデバイスを集積化した光集積回路或いは光電子集
積回路等に容易に応用することができる。又基板として
GaAs以外にもInP等の1ll−V族生導体基板も
用いることができる。又導波路層及びクララ)へ層の材
料として表1に示した様なTI −VI族化合物半導体
を用いることもてきる。
表] 又本発明の光導波路においてはZn5eの導波路層は5
102膜に完全に覆われて保護されてぃる為、外界の影
響を受けることなく長期間安定な動作が得られ信頼性が
高い。導波路層の保護膜としてSiO□以外にもSi3
N4又はAl2O3等の他の誘電体薄膜を用いることが
できる。
以下に本発明の光導波路の製造方法を第3図(a)〜(
d)を用いて説明する。初めに、GaAs基板上に下部
のクラッド層となるZnS層をMOCVD法によりエピ
タキシャル成長し、次に熱CVD法等によりマスク5の
SiO□を堆積する。この状態が第3図(a)である。
ZnSのエピタキシャル成長方法ぽは、他にMBE法、
MOMBE法或いはホットウォールエピタキシー法等が
有り、これ等の方法によってもZnSのクラッド層を同
様に形成することが可能である。次にフォトリングラフ
ィ技術によりS i 02のパターニングを行う。この
場合導波路層を形成する部分の5in2膜をエツチング
により除去する。この状態が第3図(b)である。パタ
ーニングされたSiO3をマスクとして選択エピタキシ
ャル成長によりZn5eの導波路層を形成し第3図(c
)の様にする。Zn5eの選択エピタキシャル成長は以
下の様な方法で行うことができる。原料としてZn及び
Seの有機化合物を用い、成長圧力を100Torr以
下、成長温度を400℃以上700℃以下、VI族原料
とII族原料の原料供給モル比を6以下の条件の下で減
圧MOCVD法或いはMOMBE法により行う。導波路
層であるZn5eを形成した後、沸酸系のエッチャント
によりSiO2を除去し、導波路層であるZn5eの全
面を覆う様にSiO□膜を形成し第3図(d)の様に光
導波路が完成する。上記の例ではマスクとしてS i 
O2を用いた例について示したが、S i 3N4等の
他の誘電体薄膜或いはW等も同様に用いることができる
。又、CdS、ZnTe、CdSe等の選択エピタキシ
ャル成長する場合、Cd、S、Zn、Te、Seのそれ
ぞれの有機化合物を原料として用いる。又導波路層を保
護膜と6のマスクの材質が同一の場合、マスクを除去す
る工程を省(ことも可能である。
〔実施例21 第1図は本発明の実施例におけるII −VI族化合物
半導体の光導波路の概略断面図である。1はGaAs基
板、2はZnSより成るクラッド層、3はZn5eより
成る導波路層、4はS i O2膜である。この構造に
おいて、界面と垂直な方向は導波路層の屈折率が2.3
4に対して下部のクラッド層の屈折率が2.31及び上
部は屈折率が146のSiO□膜である為屈折率の段差
は十分に大きく、又界面と平行な方向においても屈折率
が2.34の導波路層を屈折率が146のSiO2膜で
挟んだ構造の為屈折率の段差は十分に大きい。この様に
導波路層とその周囲との屈折率の段差が大きい為、導波
路層への光の閉じ込めが有効に行われる。0.6328
umの波長の光を用いて該光導波路の伝搬損失を測定し
たところ0 、5 dB/cm以下と低損失なものであ
った。これは、前述した様に光が導波路層内に有効に閉
じ込められている為、GaAs基板中への光のしみ出し
が小さ(GaAs基板内での吸収が小さいことを示す。
又、後述する様に先導波路の製造工程において導波路層
のエツチングをする必要がない為、導波路層の表面が平
坦であり散乱損が小さいことも低損失の一因である。又
、クラッド層のZnSと導波路層のZn5eは同一炉内
で連続して形成できる為、これらの界面における不純物
濃度或いは欠陥濃度が低くなる。これにより導波路層の
Zn5e中の不純物或いは欠陥濃度が低くなる。この様
に本発明の構造の光導波路においては、導波路層及び導
波路層とクラッド層との界面における不純物或いは欠陥
濃度が低くなる為、該不純物或いは欠陥が形成する深い
準位に関する光吸収が減少し低損失の光導波路となる。
ZnS及びZn5e等のII −VT族化合物半導体は
、基板のGaAsと同じ閃亜鉛鉱型の結晶構造である為
GaAs基板上に容易にエピタキシャル成長できる。又
、発光素子及び受光素子等の光デバイスや電子デバイス
もGaAs基板上に作製することができる為、本発明の
光導波路はこれらのデバイスを集積化した光集積回路或
いは光電子集積回路等に容易に応用することができる。
又基板としてGaAs以外にもInP等のIII −V
族生導体基板も用いることができる。又導波路層及びク
ラッド層の材料として表1に示した様なII−VI族化
合物半導体を用いることもてきる。又本発明の光導波路
においてはZn5eの導波路層は5102膜に完全に覆
われて保護されている為、外界の影響を受けることなく
長期間安定な動作が得られ信頼性が高い。導波路層の保
護膜としてSiO3以外にもSi 3N4又はAI□0
3等の他の誘電体薄膜を用いることができる。
以下に本発明の光導波路の製造方法を第4図(a)〜(
d)を用いて説明する。初めに、GaAs基板上に熱C
VD法等によりマスク5の8102を堆積する。この状
態が第4図(a)である。次にフォトリングラフィ技術
によりSiO3のバターニングを行う。この場合導波路
層を形成する部分のS i O2をエツチングにより除
去する。この状態が第4図(b)である。パターニング
された5102をマスクとして選択エピタキシャル成長
によりクラッド層のZnS及び導波路層のZn5eを同
一の成長炉内で連続して形成する。この時マスクのSi
O3上には堆積物がなく第4図(C)の様な状態となる
。ZnS及びZn5eの選択エピタキシャル成長は以下
の様な方法で行うことができる。原料としてZn及びS
及びSeの有機化合物を用い、成長圧力が100 To
rr以下、成長温度が400℃以上700℃以下、VI
族原料とII族原料の供給モル比がθ以下の条件の下で
減圧MOCVD法或いはMOMBE法により行う。クラ
ッド層のZnS及び導波路層のZn5eを形成した後、
沸酸系のエッチャントにより5102を除去し導波路層
であるZn5eの全面を覆う様にSiO□膜を形成し第
4図(d)の様に光導波路が完成する。上記の例ではマ
スクとしてSiO3を用いた例について示したが、81
3N4等の他の誘電体薄膜或いはW等も同様に用いるこ
とができる。又、CdS、ZnTe、CdSe等の選択
エピタキシャル成長する場合、Cd、S、Zn、Te、
Seのそれぞれの有機化合物を原料として用いる。又導
波路層を保護膜と6のマスフの材質が同一の場合、マス
クを除去する工程を省くことも可能である。
[発明の効果] 以上述べた様に本発明のII −VI族化合物半導体の
光導波路は下記の効果を有する。
1)本発明の光導波路の構造において光の閉し込めを有
効に行うことができる。
1i)i)により光学的な非線形効果を有効に使うこと
が可能になる。
111)可視の光に対して低損失である。
iv)発光素子及び受光素子を構成するIll −V族
化合物半導体と同し結晶構造を有する為、これ等の光デ
バイスと同一基板上に本発明の光導波路を容易に作製す
ることが可能である。これは、本発明の光導波路が光集
積回路或いは光電子集積回路等の構成要素として適して
いることを意味する。
■)導波路層が外界から保護されている為、経時変化が
小さく信頼性が高い。
又、本発明の先導波路の製造方法は以下の様な効果を有
する。
vi)上記の構造の光導波路をセルファラインプロセス
で容易に作製することができる。
viil導波路層のエツチング工程が不要である為エツ
チングによって必然的に起る表面の荒れを防ぐことがで
き散乱損失の小さい先導波路を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例におけるII −VI族化合物
半導体の光導波路の概略断面図。 第2図は本発明の実施例におけるII −VI族化合物
半導体の先導波路の製造工程を示す概略断面図。 第3図(a)〜(d)は、本発明の実施例における第1
図の構造の光導波路の製造工程を示す概略断面図。 第4図(a)〜(d)は本発明の実施例における第2図
の構造の光導波路の製造工程を示す概略断面図。 第5図は従来技術のII −VI族化合物半導体装置導
波路の概略図。 ・GaAs基板 ・ZnSクラッド層 ・Zn5e導波路層 ・SiO□膜 ・S i 02マスク ・GaAs基板 ・ZnSクラッド層 ・Zn5e−ZnS超格子導波路層 ・S i 02 以上 出願人 セイコーエプソン株式会社 代理人 弁理士 上 柳 雅 誉(他1名)(d) (ト) (t)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基板上にII−VI族化合物半導体より成るクラッド
    層と該クラッド層よりも大きな屈折率を有するII−VI族
    化合物半導体より成る導波路を層積層した構造を有し、
    かつ少なくとも導波路層がリッジ型であり、かつ導波路
    層は誘電体薄膜により完全に覆われていることを特徴と
    する光導波路。
  2. (2)基板上にクラッド層を形成する工程と、該クラッ
    ド層上にマスクを形成する工程と、該マスクを用いて導
    波路層をクラッド層上の一部に選択的に形成する工程と
    、マスクを除去する工程と、該導波路層の全面に誘電体
    薄膜を形成する工程を含むことを特徴とする光導波路の
    製造方法。
  3. (3)基板上にマスクを形成する工程と、該マスクを用
    いてクラッド層と導波路層を基板上の一部に選択的に形
    成する工程と、マスクを除去する工程と、該導波層の全
    面に誘電体薄膜を形成する工程を含むことを特徴とする
    第2項記載の光導波路の製造方法。
JP19650088A 1988-08-06 1988-08-06 光導波路及びその製造方法 Pending JPH0246406A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5446751A (en) * 1990-05-01 1995-08-29 British Telecommunications Public Limited Company Optoelectronic device
WO2011127840A1 (en) * 2010-04-15 2011-10-20 Shanghai Silight Technology Co., Ltd Method for fabricating waveguides using epitaxial growth

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