JPH0246408A - 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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JPH0246408A
JPH0246408A JP19767288A JP19767288A JPH0246408A JP H0246408 A JPH0246408 A JP H0246408A JP 19767288 A JP19767288 A JP 19767288A JP 19767288 A JP19767288 A JP 19767288A JP H0246408 A JPH0246408 A JP H0246408A
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JP
Japan
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layer
waveguide
waveguide layer
cladding layer
zns
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JP19767288A
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Inventor
Koji Yamazaki
康二 山崎
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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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IT −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、App
lPhys、Lett、) V o 1 、 52、N
o、2、(1988)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−Zn
S超格子より成る導波路層、9は5IO2のストライブ
である。この先導波路は5102のストライブ幅が6g
m、導波路層の厚さが0 、4〜1 、244z mの
8寺、ン皮長が0633Itmの光に対してシングルモ
ードとなり、又伝搬損失は0. 71 d B/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、前述の従来技術の先導波路は導波路層上にスト
ライプ状のS 102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&J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じ込める構造の
IIVI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。
[課題を解決するだめの手段] 本発明の先導波路は、基板状にIt −VI族化合物半
導体より成る第1のクラッド層と該クラッド層よりも大
きな屈折率を有1−るII −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
波路層がリッジ型であり、かつ導波路層は該導波路層よ
りも小さな屈折率を有するjIVI族化合物半導体J:
り成る第2のクラッド層に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
板上に第1のクラッド層を形成する工程と、該第1のク
ラッド層上にマスクを形成する工程と、該マスクを用い
て導波路層を第1の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
面に第2のクラッド層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、該マスクを用いて第1のクララ[・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、該導波路層の全面に第2のクラッド
層を形成する工程を含むことを特徴とする。
[実 施 例1] 第1図は本発明の実施例におけるIT −VI族化合物
半導体の先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ZnSより成るクラッド層である。こ
の構造において、屈折率が234の導波路層の周囲を屈
折率が231のクラッド層で覆っている為導波路層とク
ラッド層の屈折率段差が十分に大きい。この為導波路層
への光の閉し込めが有効に行われる。又導波路層とクラ
ッド層の屈折率の段差が比較的小さくてきる為、シング
ルモードとなる為の導波路層の厚さ及び幅の許容範囲が
広くなりシングルモードの光導波路の作製が容易である
。0.6328+1m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0.5dB/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く GaAs基板内での吸収が小さ
いことを示ず。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
一部である。ZnS及びZn5e等のIT−VI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I
II −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It
 −VI族化合物半導体を用いることもてきる。
表  1 又本発明の光導波路においてはZn5eの導波路層はク
ラッド層のZn5e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。
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
5102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には、他にMBE法、
MOMBE法或いはホラトウ1−ルエビタキシー法等が
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。次にフォトリソグラフ
ィ技術によりSiO□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8102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5iO7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I
I族原料の原料供給モル比を6以下の条件の下で減圧M
OCVD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、導波路層のZn5eの全面を覆う
様に上部のクラッド層のZnSを前記したZnSの成長
方法により形成し第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SiO□を用いた例につ
いて示したが、5i3N4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。
[実 施 例21 第2図は本発明の実施例におけるII −VIl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ZnSより成るクラッド層である
。この構造において、屈折率が2.34の導波路層の周
囲を屈折率が2.31のクラッド層で覆っている為導波
路層とクラッド層の屈折率段差が十分に大きい。この為
導波路層への光の閉じ込めが有効に行われる。又導波路
層とクラッド層の屈折率の段差が比較的小さくできる為
、シングルモードとなる為の導波路層の厚さ及び幅の許
容範囲が広くなりシングルモードの光導波路の作製が容
易である。0..6328μmの波長の光を用いて該光
導波路の伝tlIil損失を測定したところ0.5dB
/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、G
aAs基板中への光のしみ出しが小さく 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
II −VI族化合物半導体は、基板のGaAs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。
又本発明の先導波路においてはZn5eの導波路層はク
ラッド層のZn5c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。
以下に本発明の先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5i02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SiO□のパクーニングを行う。この場合導波路
層を形成する部分の3402をエツチングにより除去す
る。この状態が第4図(1〕)である。バクーニングさ
れた5j02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510
2上にけJl「漬物がなく第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
下の様な方法て行うことができる。原料1としてZn及
びS及びSeの有機化合物を用い、成長圧力が]00T
rr以下、成長温度が4. OO″C以上700℃以下
、VI族原料とI[厚相の供給モル比が6以下の条件の
下て減圧MOCVD法或いfil: M OM B E
法により行う。クラッド層のZnS及び導波路層のZn
5eを形成した後、沸酸系の工y−Jヤントにより51
02を除去し、導波路層である2、 n S Cの全面
を覆う様に上部のクラッド層のZnSをMOCVD法に
よりエピタキシャル成長する。Z nSのエピタキシャ
ル方法には、他にMBE法、MOMBE法或いはホラ1
ヘウ1−ルエビタキシー法等があり、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。以上の様にして第4図(d)の様に先導波路が
完成する。上記の例ではマスクとして5102を用いた
例について示したが、Si3N4等の他の誘電体薄膜或
いはW等も同様に用いることがてきる。
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、】 2 Seのそれぞれの有機化合物を原料として用いる。
[発明の効果] 以上述べた様に本発明のIt −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じ込めを有
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1i13失である。
iv)発光素子及び受光素子を構成するII+−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。
vj)シングルモードとなる為の導波路の厚さ及び幅の
許容範囲が広い為、シングルモードの先導波路が容易に
作製できる。
又、本発明の光導波路の製造方法は以下の様な効果を有
する。
v】1)上記の構造の先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。
viii)導波路層のエッヂ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光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idるII−VI族化合物
半導体の先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
半導体の光導波路の概略断面図。 第3図(a)〜(d)i:j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族化合物半導体の先導
波路の概略図。 ・GaAs基板 ・ZnSクラッド層 ・Zn5e導波路層 ・ZnSクラッド層 ・S i 02マスク ・GaAs基板 ・ZnSクラッド層 ・Zn5e−ZnS超格子導波路層 ・SiO□ 以上

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第1のク
    ラッド層と該クラッド層よりも大きな屈折率を有するI
    I−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であり、か
    つ導波路層は該導波路層よりも小さな屈折率を有するI
    I−VI族化合物半導体より成る第2のクラッド層に完全
    に覆われていることを特徴とする光導波路。
  2. (2)基板上に第1のクラッド層を形成する工程と、該
    第1の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第1の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
    路層の全面に第2のクラッド層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
    いて第1の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
    路層の全面に第2のクラッド層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。
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