JP2894775B2 - 半導体光導波路 - Google Patents
半導体光導波路Info
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- JP2894775B2 JP2894775B2 JP2042953A JP4295390A JP2894775B2 JP 2894775 B2 JP2894775 B2 JP 2894775B2 JP 2042953 A JP2042953 A JP 2042953A JP 4295390 A JP4295390 A JP 4295390A JP 2894775 B2 JP2894775 B2 JP 2894775B2
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- Japan
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- optical waveguide
- semiconductor
- waveguide
- rib
- curved
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、曲線光導波路部を含む半導体光導波路に関
する。
する。
（従来の技術と発明が解決しようとする課題） 光エレクトロニクスの進歩とともに、半導体光デバイ
スの集積化の研究開発が近年盛んに進められている。特
に半導体光導波路は、半導体電子デバイスで培われた微
細加工技術を応用することによって半導体基板上に実現
でき、半導体光マトリクススイッチの各スイッチ間の接
続や、同一基板内での半導体光機能素子間の接続（例え
ば、光源とスイッチやアンプなどとの接続）に用いら
れ、半導体光集積回路の重要なコンポーネントの一つと
考えられる。このような半導体光導波路は、各半導体光
デバイス間の接続を行うために、直線光導波路だけでな
く曲線光導波路も必要となってくる。従来は、この曲線
光導波路を直線光導波路と一緒に通常の１回のフォト・
リソグラフィ法を用いてリブを形成する方法が一般的で
あった。また集積化デバイスを小型化するためには、曲
線光導波路の曲率半径を小さくすることが好ましい。
スの集積化の研究開発が近年盛んに進められている。特
に半導体光導波路は、半導体電子デバイスで培われた微
細加工技術を応用することによって半導体基板上に実現
でき、半導体光マトリクススイッチの各スイッチ間の接
続や、同一基板内での半導体光機能素子間の接続（例え
ば、光源とスイッチやアンプなどとの接続）に用いら
れ、半導体光集積回路の重要なコンポーネントの一つと
考えられる。このような半導体光導波路は、各半導体光
デバイス間の接続を行うために、直線光導波路だけでな
く曲線光導波路も必要となってくる。従来は、この曲線
光導波路を直線光導波路と一緒に通常の１回のフォト・
リソグラフィ法を用いてリブを形成する方法が一般的で
あった。また集積化デバイスを小型化するためには、曲
線光導波路の曲率半径を小さくすることが好ましい。
ところが本来、光には直進性という性質があるため、
曲線光導波路の曲率半径をむやむに小さくしていくと、
従来のリブ形成法では曲線光導波路に於て放射損失が増
大するという問題があった。ある程度の曲率半径であれ
ば、導波路の幅を広くして光の閉じ込めを強くすること
によって放射損失を低減できることがデリー（R.J.DER
I）らによってエレクロニクス・レターズ第23巻845頁
（ELECTRONICSLETTERS Vol.23p.845）に報告されてい
る。しかし、導波路幅を広くしていくと、導波光がマル
チモード条件に近づくことになり、他の直線光導波路よ
りなる光デバイス、例えば方向性結合器型光スイッチの
特性に悪影響を与える。しかも、曲率半径をmmオーダー
以下に小さくしていった場合、導波路の幅を広くして光
の閉じ込めを強くしても放射損失があまり低減されない
という問題もある。第３図（Ａ）は、Ｓ字曲線光導波路
の導波路幅だけをシングルモード条件内で変化させた場
合の曲率半径と放射損失の関係の一例を示した図である
が、曲率半径が数mmオーダーの場合は導波路幅を広くす
ることによって放射損失が低減されるが、曲率半径がmm
オーダー以下の場合は導波路幅を広くしても殆ど放射損
失は低減されないことがわかる。
曲線光導波路の曲率半径をむやむに小さくしていくと、
従来のリブ形成法では曲線光導波路に於て放射損失が増
大するという問題があった。ある程度の曲率半径であれ
ば、導波路の幅を広くして光の閉じ込めを強くすること
によって放射損失を低減できることがデリー（R.J.DER
I）らによってエレクロニクス・レターズ第23巻845頁
（ELECTRONICSLETTERS Vol.23p.845）に報告されてい
る。しかし、導波路幅を広くしていくと、導波光がマル
チモード条件に近づくことになり、他の直線光導波路よ
りなる光デバイス、例えば方向性結合器型光スイッチの
特性に悪影響を与える。しかも、曲率半径をmmオーダー
以下に小さくしていった場合、導波路の幅を広くして光
の閉じ込めを強くしても放射損失があまり低減されない
という問題もある。第３図（Ａ）は、Ｓ字曲線光導波路
の導波路幅だけをシングルモード条件内で変化させた場
合の曲率半径と放射損失の関係の一例を示した図である
が、曲率半径が数mmオーダーの場合は導波路幅を広くす
ることによって放射損失が低減されるが、曲率半径がmm
オーダー以下の場合は導波路幅を広くしても殆ど放射損
失は低減されないことがわかる。
（課題を解決するための手段） 本発明の半導体光導波路は、半導体基板上に半導体第
１クラッド層、半導体導波層、半導体第２クラッド層が
順次積層された層構造を有し、前記半導体第２クラッド
層の上部に直線部と曲線部が連続した凸部を設けてリブ
装荷部とすることで直線及び曲線形状の連続したリブ型
光導波路を構成する半導体光導波路において、前記リブ
周辺部の厚さは該第２クラッド層の下部底面を基準にし
て直線部で厚く曲線部で薄く、かつ、前記半導体第２ク
ラッド層のリブ周辺部の上面からリブ中心部の上面まで
のリブ高さは曲線部の方が直線部よりも高くなっている
ことを特徴とする。
１クラッド層、半導体導波層、半導体第２クラッド層が
順次積層された層構造を有し、前記半導体第２クラッド
層の上部に直線部と曲線部が連続した凸部を設けてリブ
装荷部とすることで直線及び曲線形状の連続したリブ型
光導波路を構成する半導体光導波路において、前記リブ
周辺部の厚さは該第２クラッド層の下部底面を基準にし
て直線部で厚く曲線部で薄く、かつ、前記半導体第２ク
ラッド層のリブ周辺部の上面からリブ中心部の上面まで
のリブ高さは曲線部の方が直線部よりも高くなっている
ことを特徴とする。
（作用） 一般に、光は直進性という性質を持っているので、半
導体光導波路の曲線部分では放射損失が生じてしまう。
この放射損失は曲線光導波路の曲率半径を小さくするに
従って増大してしまうので、従来は放射損失が導波損失
に比べて無視できる程度の曲率半径で曲線光導波路を作
製せざるを得ず、このためデバイス全体の長さを短くす
るのに大きな妨げとなっていた。また、導波路幅を広く
しておいて光の閉じ込めを強くし、曲線光導波路の放射
損失を低減することもできるが、曲率半径がmmオーダー
以下の場合、この方法によっても放射損失はあまり低減
されない上に、マルチモード条件に近づいてしまうため
同一基板上の他の光デバイスに悪影響を与える点からも
好ましくない。
導体光導波路の曲線部分では放射損失が生じてしまう。
この放射損失は曲線光導波路の曲率半径を小さくするに
従って増大してしまうので、従来は放射損失が導波損失
に比べて無視できる程度の曲率半径で曲線光導波路を作
製せざるを得ず、このためデバイス全体の長さを短くす
るのに大きな妨げとなっていた。また、導波路幅を広く
しておいて光の閉じ込めを強くし、曲線光導波路の放射
損失を低減することもできるが、曲率半径がmmオーダー
以下の場合、この方法によっても放射損失はあまり低減
されない上に、マルチモード条件に近づいてしまうため
同一基板上の他の光デバイスに悪影響を与える点からも
好ましくない。
これに対して、本発明においては曲線光導波路を直線
光導波路よりも深くエッチングし、曲線光導波路のリブ
高さを直線光導波路のリブ高さよりも高くしている。こ
のため、曲率半径を小さくしていっても曲線光導波路の
放射損失の低減化をはかることができる上、シングルモ
ード条件も容易に実現でき、同一基板上の他の光デバイ
スには悪影響を与えない。しかも、本発明においては、
通常のリブ導波路作製工程に対して、フォトリソグラフ
ィ工程およびエッチング工程が各々１度増えるだけであ
り、簡単な工程の追加により容易に上述の曲線光導波路
の放射損失の低減を図ることができる。
光導波路よりも深くエッチングし、曲線光導波路のリブ
高さを直線光導波路のリブ高さよりも高くしている。こ
のため、曲率半径を小さくしていっても曲線光導波路の
放射損失の低減化をはかることができる上、シングルモ
ード条件も容易に実現でき、同一基板上の他の光デバイ
スには悪影響を与えない。しかも、本発明においては、
通常のリブ導波路作製工程に対して、フォトリソグラフ
ィ工程およびエッチング工程が各々１度増えるだけであ
り、簡単な工程の追加により容易に上述の曲線光導波路
の放射損失の低減を図ることができる。
（実施例） 以下図面を参照して本発明を詳細に説明する。
第１図は本発明によるGaAs/AlGaAs半導体光導波路の
斜視概要図である。
斜視概要図である。
GaAs基板１上に、Al0.5Ga0.5As第１クラッド層２が成
長され、AlGaAs第１クラッド層２の上にGaAs導波層３が
成長されている。前記GaAs導波層３の上には、リブ部を
有するAl0.5Ga0.5As第２クラッド層４が形成されてい
る。リブ部の高さは、曲線光導波路部６の方が直線光導
波路部５よりも高くなっている。
長され、AlGaAs第１クラッド層２の上にGaAs導波層３が
成長されている。前記GaAs導波層３の上には、リブ部を
有するAl0.5Ga0.5As第２クラッド層４が形成されてい
る。リブ部の高さは、曲線光導波路部６の方が直線光導
波路部５よりも高くなっている。
まず、第１図に示した半導体光導波路の製造方法につ
いて以下に述べる。GaAs基板１上に、分子線エピタキシ
ャル成長法（MBE法）もしくは有機金属気相成長法（MO
−CVD法）を用いて、Al0.5Ga0.5As第１クラッド層２、G
aAs導波層３、Al0.5Ga0.5As第２クラット層４を成長す
る。各層の厚さは、Al0.5Ga0.5As第１クラッド層２が１
〜２μｍ程度、GaAs導波層３が0.2μｍ程度、Al0.5Ga
0.5As第２クラッド層４が１μｍ程度である。以上のよ
うに結晶成長した後、通常のフォトリソグラフィ法を応
用して半導体光導波路を形成する。半導体光導波路を形
成する工程の概要を第２図に斜視図として示す。まず第
２図（ａ）のように、通常のフォトリソグラフィ法を用
いて、GaAs/AlGaAsウェハ９上に、形成すべき導波路形
状にフォトレジスト10によってマスクをする。その後、
反応性イオンビームエッチング法（RIBE法）によって、
第２図（ｂ）のように直線光導波路部21及び曲線光導波
路部22を同時に形成する。この時点では直線光導波路部
21のリブ高さと曲線光導波路部22のリブ高さは同じであ
る。またこの時には、マスクであるフォトレジスト20は
除去しないでそのままにしておく。次に第２図（ｃ）の
ように、フォトレジスト30でさらに直線光導波路部及び
その周辺31を全面マスクをする。この時点では、直線光
導波路部及びその周辺31、及び曲線光導波路部32のリブ
部上だけがフォトレジスト30によってマスクされてお
り、曲線光導波路部32の周辺部のみがマスクされていな
い。その後、RIBE法によって、曲線光導波路部32の周辺
部をさらに除去する。はじめのRIBE法によるエッチング
深さは１μｍ程度、２回目のRIE法によるエッチング深
さは0.1μｍ程度である。その後フォトレジスト30を、G
aAs/AlGaAsウェハに対しては反応せずかつフォトレジス
トのみを除去できる有機溶剤等で除去すると、第２図
（ｄ）のように直線光導波路増41のリブ高さと曲線光導
波路部42のリブ高さの異なる半導体光導波路が形成され
る。
いて以下に述べる。GaAs基板１上に、分子線エピタキシ
ャル成長法（MBE法）もしくは有機金属気相成長法（MO
−CVD法）を用いて、Al0.5Ga0.5As第１クラッド層２、G
aAs導波層３、Al0.5Ga0.5As第２クラット層４を成長す
る。各層の厚さは、Al0.5Ga0.5As第１クラッド層２が１
〜２μｍ程度、GaAs導波層３が0.2μｍ程度、Al0.5Ga
0.5As第２クラッド層４が１μｍ程度である。以上のよ
うに結晶成長した後、通常のフォトリソグラフィ法を応
用して半導体光導波路を形成する。半導体光導波路を形
成する工程の概要を第２図に斜視図として示す。まず第
２図（ａ）のように、通常のフォトリソグラフィ法を用
いて、GaAs/AlGaAsウェハ９上に、形成すべき導波路形
状にフォトレジスト10によってマスクをする。その後、
反応性イオンビームエッチング法（RIBE法）によって、
第２図（ｂ）のように直線光導波路部21及び曲線光導波
路部22を同時に形成する。この時点では直線光導波路部
21のリブ高さと曲線光導波路部22のリブ高さは同じであ
る。またこの時には、マスクであるフォトレジスト20は
除去しないでそのままにしておく。次に第２図（ｃ）の
ように、フォトレジスト30でさらに直線光導波路部及び
その周辺31を全面マスクをする。この時点では、直線光
導波路部及びその周辺31、及び曲線光導波路部32のリブ
部上だけがフォトレジスト30によってマスクされてお
り、曲線光導波路部32の周辺部のみがマスクされていな
い。その後、RIBE法によって、曲線光導波路部32の周辺
部をさらに除去する。はじめのRIBE法によるエッチング
深さは１μｍ程度、２回目のRIE法によるエッチング深
さは0.1μｍ程度である。その後フォトレジスト30を、G
aAs/AlGaAsウェハに対しては反応せずかつフォトレジス
トのみを除去できる有機溶剤等で除去すると、第２図
（ｄ）のように直線光導波路増41のリブ高さと曲線光導
波路部42のリブ高さの異なる半導体光導波路が形成され
る。
以上が本発明による半導体光導波路の実施例の製造方
法であり、上述の製造法による半導体光導波路におい
て、曲線光導波路の放射損失が従来よりも改善され、か
つ、シングルモード条件も容易に実現できる原理を以下
に説明する。
法であり、上述の製造法による半導体光導波路におい
て、曲線光導波路の放射損失が従来よりも改善され、か
つ、シングルモード条件も容易に実現できる原理を以下
に説明する。
本実施例においては、第１図に示すように直線光導波
路のリブ高さが通常通りであるのに対して、曲線光導波
路のリブ高さはやや高くなっている。このため、曲線光
導波路では光の閉じこめが強くなり、放射損失の低減化
がはかれる。第３図（Ａ）にシングルモード条件内で導
波路幅を変化させた場合の曲率半径Ｒと放射損失の関係
を一例を、第３図（Ｂ）には第３図（Ａ）と同じ構造で
シングルモード条件内で導波路のリブ高さを変化させた
場合の曲率半径Ｒと放射損失の関係をそれぞれ示すが、
本実施例では曲線光導波路のリブの高さを高くして光の
閉じこめを強くしているので、曲線光導波路の曲率半径
をmmオーダー以下に短くした場合、導波路幅を広げて光
の閉じこめを強くする場合に比べて効果的に放射損失を
低減することが可能であることが第３図（Ａ）、第３図
（Ｂ）からもわかる。また、直線光導波路は従来通りの
リブ高さなので、直線光導波路においてシングルモード
条件を容易に保つことができ、かつ、曲線光導波路のシ
ングルモード条件は直線光導波路よりもリブ高さが高く
ても許容されるので、容易にシングルモード条件が実現
できる。さらに、直線光導波路の導波路幅と曲線光導波
路の導波路幅は同じなので、直線光導波路と曲線光導波
路の接続に関しては特に問題は生じない。
路のリブ高さが通常通りであるのに対して、曲線光導波
路のリブ高さはやや高くなっている。このため、曲線光
導波路では光の閉じこめが強くなり、放射損失の低減化
がはかれる。第３図（Ａ）にシングルモード条件内で導
波路幅を変化させた場合の曲率半径Ｒと放射損失の関係
を一例を、第３図（Ｂ）には第３図（Ａ）と同じ構造で
シングルモード条件内で導波路のリブ高さを変化させた
場合の曲率半径Ｒと放射損失の関係をそれぞれ示すが、
本実施例では曲線光導波路のリブの高さを高くして光の
閉じこめを強くしているので、曲線光導波路の曲率半径
をmmオーダー以下に短くした場合、導波路幅を広げて光
の閉じこめを強くする場合に比べて効果的に放射損失を
低減することが可能であることが第３図（Ａ）、第３図
（Ｂ）からもわかる。また、直線光導波路は従来通りの
リブ高さなので、直線光導波路においてシングルモード
条件を容易に保つことができ、かつ、曲線光導波路のシ
ングルモード条件は直線光導波路よりもリブ高さが高く
ても許容されるので、容易にシングルモード条件が実現
できる。さらに、直線光導波路の導波路幅と曲線光導波
路の導波路幅は同じなので、直線光導波路と曲線光導波
路の接続に関しては特に問題は生じない。
なお、本発明は上記の実施例に限定されるものではな
い。実施例としては、GaAs系の材料を用いたが、これに
限るものではなく、InP系などの他の材料でも、光を閉
じこめられる材料であれば本発明は適用可能である。ま
た、本実施例ではエッチングをRIBE法によるドライエッ
チングで行っているが、リブ部が形成されるエッチング
方法であれば他の方法でもよく、例えば反応性イオンエ
ッチング法（RIE法）であってもよいし、ウェットエッ
チングでもよい。また、フォトレジストを除去するのに
本発明では有機溶剤を用いたが、導波路及びその周辺部
が除去されずフォトレジストのみか除去されれば他の方
法でもよく、例えば、酸素ガスを用いたプラズマアッシ
ャーで除去してもかまわない。
い。実施例としては、GaAs系の材料を用いたが、これに
限るものではなく、InP系などの他の材料でも、光を閉
じこめられる材料であれば本発明は適用可能である。ま
た、本実施例ではエッチングをRIBE法によるドライエッ
チングで行っているが、リブ部が形成されるエッチング
方法であれば他の方法でもよく、例えば反応性イオンエ
ッチング法（RIE法）であってもよいし、ウェットエッ
チングでもよい。また、フォトレジストを除去するのに
本発明では有機溶剤を用いたが、導波路及びその周辺部
が除去されずフォトレジストのみか除去されれば他の方
法でもよく、例えば、酸素ガスを用いたプラズマアッシ
ャーで除去してもかまわない。
（発明の効果） 以上述べたように、本発明によれば、半導体光導波路
において、mmオーダー以下の曲率の曲線光導波路におい
ても放射損失が従来よりも改善され、かつ、シングルモ
ード条件も容易に実現できる。このため、光スイッチな
どの光機能素子中の半導体導波路の曲線光導波路の占め
る長さを短くすることができ、デバイスの短小化が可能
となり、デバイス長の短小化にともない光路長が短くな
るため、導波損失を低減することも可能となるうえ、同
一基板上の他の光デバイスには悪影響を与えない。
において、mmオーダー以下の曲率の曲線光導波路におい
ても放射損失が従来よりも改善され、かつ、シングルモ
ード条件も容易に実現できる。このため、光スイッチな
どの光機能素子中の半導体導波路の曲線光導波路の占め
る長さを短くすることができ、デバイスの短小化が可能
となり、デバイス長の短小化にともない光路長が短くな
るため、導波損失を低減することも可能となるうえ、同
一基板上の他の光デバイスには悪影響を与えない。
第１図は本発明の一実施例である、GaAs/AlGaAs半導体
光導波路の斜視概要図である。第２図（ａ）（ｂ）
（ｃ）（ｄ）は本発明の一実施例の半導体光導波路を形
成する工程の概要を示す斜視図である。第３図は曲線光
導波路の放射損失と曲率半径Ｒの関係を示した図であ
り、第３図（Ａ）はシングルモード条件内で導波路幅を
変化させた場合の放射損失とＲの関係の一例、第３図
（Ｂ）は第３図（Ａ）と同じ構造でシングルモード条件
内でリブ高さを変化させた場合の放射損失とＲの関係を
示した図である。 図において、 １……GaAs基板、２……Al0.5Ga0.5As第１クラッド層、
３……GaAs導波層、４……Al0.5Ga0.5As第２クラッド
層、５、21、31、41……直線光導波路部、６、22、32、
42……面線光導波路部、９、19、29、39……GaAs/AlGaA
sウェハ、10、20、30……フォトレジスト
光導波路の斜視概要図である。第２図（ａ）（ｂ）
（ｃ）（ｄ）は本発明の一実施例の半導体光導波路を形
成する工程の概要を示す斜視図である。第３図は曲線光
導波路の放射損失と曲率半径Ｒの関係を示した図であ
り、第３図（Ａ）はシングルモード条件内で導波路幅を
変化させた場合の放射損失とＲの関係の一例、第３図
（Ｂ）は第３図（Ａ）と同じ構造でシングルモード条件
内でリブ高さを変化させた場合の放射損失とＲの関係を
示した図である。 図において、 １……GaAs基板、２……Al0.5Ga0.5As第１クラッド層、
３……GaAs導波層、４……Al0.5Ga0.5As第２クラッド
層、５、21、31、41……直線光導波路部、６、22、32、
42……面線光導波路部、９、19、29、39……GaAs/AlGaA
sウェハ、10、20、30……フォトレジスト
Claims (1)
- 【請求項１】半導体基板上に半導体第１クラッド層、半
導体導波層、半導体第２クラッド層が順次積層された層
構造を有し、前記半導体第２クラッド層の上部に直線部
と曲線部が連続した凸部を設けてリブ装荷部とすること
で直線及び曲線形状の連続したリブ型光導波路を構成す
る半導体光導波路において、前記リブ周辺部の厚さは該
第２クラッド層の下部底面を基準にして直線部で厚く曲
線部で薄く、かつ、前記半導体第２クラッド層のリブ周
辺部の上面からリブ中心部の上面までのリブ高さは曲線
部の方が直線部よりも高くなっていることを特徴とする
半導体光導波路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2042953A JP2894775B2 (ja) | 1990-02-22 | 1990-02-22 | 半導体光導波路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2042953A JP2894775B2 (ja) | 1990-02-22 | 1990-02-22 | 半導体光導波路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03243904A JPH03243904A (ja) | 1991-10-30 |
| JP2894775B2 true JP2894775B2 (ja) | 1999-05-24 |
Family
ID=12650386
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2042953A Expired - Lifetime JP2894775B2 (ja) | 1990-02-22 | 1990-02-22 | 半導体光導波路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2894775B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5513358B2 (ja) | 2010-02-05 | 2014-06-04 | 日東電工株式会社 | 回路付サスペンション基板 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60162206A (ja) * | 1984-02-01 | 1985-08-24 | Hitachi Ltd | リツジ型光導波路 |
| JP2873303B2 (ja) * | 1988-06-24 | 1999-03-24 | 日本電信電話株式会社 | 半導体光導波路 |
-
1990
- 1990-02-22 JP JP2042953A patent/JP2894775B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03243904A (ja) | 1991-10-30 |
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