JP2006091880A - アクティブ構造体に接続する低寄生容量の突合せ接合型パッシブ導波路装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
寄生容量を低減するためのアクティブ−パッシブ突合せ接合型構造体を提供する。
【解決手段】
本発明では、ＩＩＩ−Ｖ族基板（２１０）と、前記基板上に配置され、２枚の閉じ込めヘテロ構造層（２４５、２５５）の間に挟まれたアクティブ領域（２５０）を含むアクティブ構造体と、２枚の非ドープ型ＩＩＩ−Ｖ族層（２８５、２８０）の間に挟まれたパッシブＱ導波路コア（２９０）を含むパッシブ突合せ接合型構造体とを具備し、前記パッシブ突合せ接合型構造体が、前記基板上に設けられ、前記アクティブ領域と前記パッシブＱ導波路コアとが隣接するように前記アクティブ構造体に対して隣接してアライメントされている、寄生容量を低減するためのアクティブ−パッシブ突合せ接合型構造体を提供する。
【選択図】図２ｃ

Description

本発明は、光変調に適用されるアクティブ−パッシブ突合せ接合型構造に関する。

突合せ接合型パッシブ導波路構造体を製作する一般的な方法では、所望の導波路を作るためにアクティブデバイスのアクティブ領域を超えてエッチングが行われる。図１は一般的なアクティブ−パッシブ突合せ接合型構造体１００を示す。ｎ型ＩｎＰベースのウエハ１１０上で、アクティブ領域１５０は分離閉じ込めヘテロ構造（ＳＣＨ (separate confinement heterostructure)）層１４５及び１５５により囲まれている。ｐ型ＩｎＰクラッド層１３０とｎ型ＩｎＰクラッド層１２０とは、ＳＣＨ層１５５と１４５とにそれぞれ隣接している。パッシブＱ導波路コア１９０は、ｎ型ＩｎＰ層１８０とｐ型ＩｎＰ層１８５との間に挟まされている。ｐ型ＩｎＰ層１６０はクラッド層として、ｐ⁺型ＩｎＧａＡｓ層１７０は接触層としての働きを持つ。アクティブ領域１５０とパッシブＱ導波路コア１９０との間の界面におけるモード不整合損失を最小化するために、パッシブＱ導波路コア１９０の位置及び組成は適正に選択される。パッシブＱ導波路コア１９０の両側にｎ型ＩｎＰ層１８０とｐ型ＩｎＰ層１８５とが存在するということは、界面における寄生容量がパッシブＱ導波路コア１９０の厚さによって決まることを意味している。

しかしながら、パッシブ導波路を有する低寄生容量電解吸収型（ＥＡ）光変調器を作ろうとする場合、寄生容量値がパッシブＱ導波路コア１９０によって決まるため、最適化する上で問題がある。上述したように、パッシブＱ導波路コア１９０の厚さにはモード整合問題による制約がある。これらの問題は、一般に、光学集積構造体を作る場合に通常必要とされる低寄生容量条件を持つアクティブデバイスへとパッシブ導波路を突合せ接合しなければならない場合に生じるものである。

本発明では、寄生容量を低減するためのアクティブ−パッシブ突合せ接合型構造体を提供することを課題とする。

本発明によれば、パッシブＱ導波路は、低寄生容量のアクティブＥＡ光変調器へと突合せ接合される。パッシブＱ導波路コアの厚さはモードの不整合による損失を低減するためにここでも重要なことは確かであるが、パッシブＱ導波路を２つの非ドープ型ＩｎＰ層で挟むことにより余剰の自由度が生まれ、寄生容量をパッシブＱ導波路コアの厚さと無関係に削減することが可能となる。

図２ａは、本発明に基づく一実施例を描いたものである。ｎ型ＩｎＰベースのウエハ２１０上には、ＭＯＶＣＤ（有機金属化学蒸着）によりアクティブ領域２５０がＳＣＨ層２４５及び２５５と共に、そして一般に従来のｐ型ＩｎＰクラッド層１３０よりも厚い（約０．３μｍ〜０．５μｍ）ｐ型ＩｎＰクラッド層２３０と共に形成されている。ＳＣＨ層２４５及び２５５は代表的には約１．１５μｍのバンドギャップを持っている。一般的な成長パラメータとしては、成長温度が約６７０℃、成長圧力が約７６ｔｏｒｒ、Ｖ／ＩＩＩ比は約２００、そして成長速度は代表的には２８０Å／分である。アクティブＥＡ光変調器構造体２９９の詳細は、引用することにより本願の一部をなすものとする米国特許出願第１０／８６７，０３７号“Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｍａｋｉｎｇ Ｓａｍｅ”に記載されている。

次にｐ型ＩｎＰ層２３０の部分上に、ＳｉＯ₂／Ｓｉ₃Ｎ₄マスク２９５が画定される。図２ｂは、例えば、ドライＣｌ、Ａｒ反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、ウェットＢｒ−メタノール・エッチングを用いてマスクされていない材料をＳＣＨ層２４５の下までエッチングしたところを示している。ｎ型ＩｎＰ材料へのエッチング処理は、図１に示したものよりも深く、従ってｎ型ＩｎＰ層２２０は約０．３μｍ〜０．５μｍあり、一般に図１に示した従来のｎ型ＩｎＰ層１２０よりも厚いものである。図２ｃにおいては、ＭＯＣＶＤにより非ドープ型パッシブＱ導波路２９０が非ドープ型ＩｎＰ層２８０と非ドープ型ＩｎＰ層２８５と共に典型的に形成され、パッシブＱ導波路２９０は、非ドープ型ＩｎＰクラッド層２８０と非ドープ型ＩｎＰクラッド層２８５とにより挟まれた状態となる。図２ｄは、本発明に基づくＥＡ光変調器構造体２９９とパッシブ部分２９８を実現した最終構造を示したものであり、ここではＳｉＯ₂／Ｓｉ₃Ｎ₄マスク２９５が除去され、ｐ型ＩｎＰ上部クラッド層２６０とｐ⁺型ＩｎＧａＡｓ接触層２７０が作られ、プレーナーデバイスが完成している。

非ドープ型ＩｎＰ層２８０と非ドープ型ＩｎＰ層２８５との利用により、欠乏領域が厚くなり、逆バイアスの印加が増大し（代表的には約−０．５〜−３Ｖ）、寄生容量の低下に繋がっている。所要のアプリケーションに許容される寄生容量の大きさに応じて、非ドープ型ＩｎＰ層２８０及び２８５の厚さを適宜調節することが出来る。寄生容量は、例えば、非ドープ型ＩｎＰクラッド層２８０及び２８５の厚さが、ＳＣＨ層２４５、２５５とアクティブ領域２５０とを合計した厚さと同じである場合、一般に３５％程度に低減することが出来る。

パッシブＱ導波路コア２９０の厚さと組成とを最適化することにより、アクティブＥＡ光変調器構造体２９９との良好なモード整合を得ることができ、この結果パッシブ部分２９８による寄生容量を、本発明の一部の実施例において、約５０％から約１０％程度にまで低減することが可能である。この実施例は、本発明に基づくアクティブＥＡ光変調器構造に関して説明するが、記載するアクティブ領域は、例えば、レーザー又はレシーバのアクティブ領域とも捉えることができる点に留意が必要である。一般にモード整合を得るには、第一に、パッシブＱ導波路コア２９０の対称軸とアクティブ領域２５０の対称軸が基板２１０から同じ距離になくてはならず、そして第二に、パッシブＱ導波路コア２９０及びアクティブ領域２５０中の光学モード同士が可能な限り空間的に一致していなければならない。この第二の条件は、一般に、２つのモード界分布間の重なり積分を可能な限り一致に近づけることを条件とすることにより表現される。

ＥＡ光変調器構造体２９９のようなアクティブデバイスの断面寸法は、代表的には要求される性能によって決まる。断面寸法の選択により、光学モードのサイズが決まる。断面寸法及びパッシブＱ導波路コア２９０のようなパッシブ部分の組成は、重なり積分を最大化するように調節される。埋め込み型へテロ構造の場合、パッシブ部分２９８及びアクティブＥＡ光変調器構造体２９９の横寸法は、例えばパッシブ部分２９８及びアクティブＥＡ光変調器構造体２９９両方の幅となる一回のメサエッチングにより画定される。パッシブ部分２９８の高さは、最終的に得られるモードがアクティブＥＡ光変調器構造体２９９中のモードと同じ高さとなるように選択されなければならない。一般にモードサイズはパッシブＱ導波路コア２９０の厚さによると同時に屈折率にもよるため、パッシブＱ導波路コア２９０用に、例えば１５５０ｎｍ等の伝播波長に対応するエネルギーよりもバンドギャップエネルギーが大きい四元組成を選択することができる。この場合の四元組成とは、Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ_yＰ_1-yを意味するもので、ｘとｙの値は特定の四元組成のバンドギャップエネルギーを決定するものである。パッシブＱ導波路コア２９０の厚さ及び組成は、パッシブ導波路部分２９８とアクティブＥＡ光変調器構造体２９９との間の界面を通じたモードサイズ整合を保証するものである。組成の選択は、一般に複数の要因に応じて実施される。パッシブＱ導波路コア２９０とアクティブ領域２５０の対称軸をアライメントする目的においては、そのモードサイズがアクティブ領域２５０の厚さよりも若干大きくなるように、パッシブＱ導波路コア２９０の四元組成は代表的には１４００ｎｍ付近に選択される。本発明に基づく一実施例においては、パッシブＱ導波路コア２９０の四元組成は１３００ｎｍに対応するように選択される。光学吸収損失を低減するためには、一般的にはパッシブＱ導波路コア２９０のバンドギャップエネルギーに対応する波長が四元組成から伝播波長よりも少なくとも１００ｎｍ小さくなるように（例えば、１５５０ｎｍ）選択される。約１１００ｎｍ付近のバンドギャップエネルギーを持つことになるように四元組成が選択された場合、パッシブＱ導波路コア及びクラッド層２８０、２８５を含むパッシブＱ導波路では希薄となり、より適正なモードサイズを得るためにはより厚いパッシブＱ導波路コア２９０が必要となる。この結果、パッシブＱ導波路コア２９０とアクティブ領域２５０との間の厚さの相違はより大きくなる。この手法がメサのエッチング及び埋め込みエピタキシャル成長工程に問題を生じる場合、重なり積分が最大化されることになるようにパッシブＱ導波路コア２９０の四元組成を適宜変更すれば良い。

本発明は、突合せ接合型パッシブ導波路の寄生容量を小さくすることが必要ないずれの状況にも適用可能である。よって本発明は一般に光学集積型構造体を構築する場合に適用可能である。加えて本発明は、４０Ｇｂレシーバ、光変調器又はレーザー等、寄生容量の低下という同様の問題を抱える他のＩＩＩ−Ｖ族半導体系にも適用可能である。

本発明を特定の実施例に基づいて説明してきたが、上述の説明から、多くの代替形態と、改変形態と、変更形態とが当業者にとっては明らかであることは言うまでもない。よって本発明は、本願請求項の精神及び範囲に入るそのような代替形態、改変形態及び変更形態を全て包含することを意図したものである。

従来のアクティブ−パッシブ突合せ接合を示した図である。 本発明に基づいてアクティブ構造体へと接続した低寄生容量の突合せ接合型パッシブ導波路の構造とこれを製作するためのステップを示す図である。 本発明に基づいてアクティブ構造体へと接続した低寄生容量の突合せ接合型パッシブ導波路の構造とこれを製作するためのステップを示す図である。 本発明に基づいてアクティブ構造体へと接続した低寄生容量の突合せ接合型パッシブ導波路の構造とこれを製作するためのステップを示す図である。 本発明に基づいてアクティブ構造体へと接続した低寄生容量の突合せ接合型パッシブ導波路の構造とこれを製作するためのステップを示す図である。

符号の説明

２１０ 基板
２４５、２５５ 閉じ込めヘテロ構造層
２５０ アクティブ領域
２８０、２８５ 非ドープ型ＩＩＩ−Ｖ族層
２９０ パッシブＱ導波路コア

Claims (8)

1. ＩＩＩ−Ｖ族基板と、
   前記基板上に配置され、２枚の分離閉じ込めヘテロ構造層の間に挟まれたアクティブ領域を含むアクティブ構造体と、
   ２枚の非ドープ型ＩＩＩ−Ｖ族層の間に挟まれたパッシブＱ導波路コアを含むパッシブ突合せ接合型構造体と
   を具備し、前記パッシブ突合せ接合型構造体が、前記基板上に設けられ、前記アクティブ領域と前記パッシブＱ導波路コアとが隣接するように前記アクティブ構造体に対して隣接してアライメントされている、寄生容量を低減するためのアクティブ−パッシブ突合せ接合型構造体。
2. 前記非ドープ型ＩＩＩ−Ｖ族層がＩｎＰを含む請求項１に記載の構造体。
3. 前記基板がｎ型ＩｎＰを含む請求項１に記載の構造体。
4. 前記２枚の非ドープ型ＩＩＩ−Ｖ族層の各々の第一の厚さが寄生容量を制御するように調節される請求項１に記載の構造体。
5. 前記アクティブ構造体がＥＡ変調器を含むものである請求項１に記載の構造体。
6. 前記パッシブＱ導波路コアの第二の厚さが、前記アクティブ領域との良好なモード整合を得られるように選択される請求項１に記載の構造体。
7. 前記パッシブＱ導波路コアの組成が、前記アクティブ領域との良好なモード整合を得られるように選択される請求項１に記載の構造体。
8. 前記アクティブ構造体がレーザーを含むものである請求項１に記載の構造体。
   

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