DE4432010A1 - Optische Schaltvorrichtung und Herstellungsverfahren für dieselbe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine optische Schaltvorrichtung zur Verwendung als eine Primärkomponente in einem optischen Übertragungssystem und insbesondere auf eine optische Schaltvorrichtung, die in der Lage ist, das einfallende Licht auf einem optischen Wellenleiter in der­ selben gemäß einer Änderung des Brechungsindex, der infolge einer Stromzuführung und eines Herstellungsverfahrens der­ selben auftritt, vollständig zu reflektieren.

Optische Schaltvorrichtungen werden im allgemeinen als hauptsächliche Komponenten eines optischen Übertragungs­ systems verwendet, das in der Lage ist, die Datenübertra­ gungskapazität und die Arbeitsgeschwindigkeit in demselben stark zu erhöhen, wobei die Grenze bestehender elektroni­ scher Schaltsysteme überschritten wird.

Ein optischer Halbleiterschalter eines Totalreflexions-Typs besitzt eine Betriebscharakteristik, bei der der Brechungs­ index einer optischen Wellenleiterschicht in demselben ver­ ändert oder reduziert wird, wenn ein Strom an den optischen Schalter angelegt wird. Wenn ein Strom an einen Abschnitt einer optischen Wellenleiterschicht in einem solchen opti­ schen Schalter angelegt wird, tritt genauer gesagt ein Un­ terschied des Brechungsindex zwischen dem Abschnitt, an den ein Strom angelegt wird, und einem anderen Abschnitt, an den kein Strom angelegt wird, in der optischen Wellenleiter­ schicht auf. Danach wird das Licht, das sich durch die opti­ sche Wellenleiterschicht ausbreitet, an der Grenzfläche zwi­ schen den zwei Abschnitten gemäß dem Snelliusschen Bre­ chungsgesetz totalreflektiert. Folglich wird das sich aus­ breitende Licht an der Grenzfläche in der Wellenleiter­ schicht geschaltet. Das geschaltete Licht breitet sich ent­ lang eines anderen optischen Pfades aus. Um in einem opti­ schen Wellenleiter eine Totalreflexion des Lichts zu erhal­ ten, muß die Änderung des Brechungsindex der Bedingung des folgenden Ausdrucks genügen:

Δ n n(1-cosR),

wobei n der Brechungsindex der Wellenleiterschicht, ·n die Änderung des Brechungsindex der Wellenleiterschicht, die durch das Anlegen eines Stroms bewirkt wird, und R der Bre­ chungswinkel des einfallenden Lichts ist.

Um eine optische Schaltvorrichtung, die mit einer Total­ reflexions-Grenzfläche in derselben versehen ist, können herkömmliche Techniken, die gegenwärtig meist verbreitet verwendet werden, als drei Verfahren zusammengefaßt werden.

Erstens besteht eine der Techniken darin, daß, nach dem Durchführen einer Kristallisierung auf einem Halbleitersub­ strats, um eine Kristallschicht zu bilden, Zinkstörstellen partiell ausschließlich in eine Lichtreflexions-Oberfläche der Kristallschicht diffundiert werden, wie in Fig. 1A ge­ zeigt ist. Diese optische Schaltvorrichtung, die mit einer partiell diffundierten Reflexionsoberfläche versehen ist, ist in "An 8 mm Length Nonblocking 4×4 Optical Switch Array", Areas in Commun., Ausg. 6, Seiten 1262-1266, 1988, offen­ bart.

Gemäß Fig. 1A ist auf einer Hauptoberfläche eines Halblei­ tersubstrats 1 eine erste optische Wellenleiterschicht 2 gebildet. Auf der ersten optischen Wellenleiterschicht 2 werden nacheinander eine kaschierte Schicht 3 und eine zweite optische Wellenleiterschicht 5 gebildet. Nachdem Zinkstörstellen partiell in die zweite optische Wellenlei­ terschicht und die kaschierte Schicht diffundiert sind, um einen Störstellen-diffundierten Abschnitt 8 zu bilden, wird ein in der Technik gut bekannter Ätzprozeß durchgeführt, um Abschnitte der zweiten optischen Wellenleiterschicht, der kaschierten Schicht und der ersten optischen Wellenleiter­ schicht zu entfernen. Dann wird die erste optische Wellen­ leiterschicht bis zu einer vorbestimmten Tiefe derselben entfernt. Nachfolgend werden auf dem Störstellen-diffun­ dierten Abschnitt und einer rückseitigen Oberfläche, die gegenüber der Hauptoberfläche des Substrats 1 liegt, eine p-Typ-Frontelektrode bzw. eine Rückelektrode gebildet. Bei dem Aufbau der optischen Schaltvorrichtung, die somit herge­ stellt ist, ist eine Lichtreflexions-Oberfläche in dem Stör­ stellen-diffundierten Abschnitt 8 gebildet, wie in Fig. 1A gezeigt ist.

Es ist bei einer solchen optischen Schaltvorrichtung, die mit einer Reflexionsoberfläche versehen ist, erforderlich, Zinkstörstellen in eine optische Wellenleiterschicht zu diffundieren, welche die Breite des Wellenleiters nicht überschreitet. Um die Breite des Wellenleiters zu reduzie­ ren, ist eine Ohm′sche Kontaktfläche in der optischen Schaltvorrichtung beträchtlich begrenzt. Ferner muß die Breite einer Maske für die Zinkdiffusion berücksichtigt oder reduziert werden, da das Zink entlang einer horizontalen Oberfläche diffundiert wird. Wenn das Zink über eine Breite des Wellenleiters diffundiert wurde, wird ein Stromsignal als Träger über dem Wellenleiter gestreut. Aus diesem Grund besitzt die oben beschriebene optische Schaltvorrichtung den Nachteil, daß ein Stromsignal, das in einem optischen Wel­ leitenleiter fließt, nicht effektiv gesteuert werden kann.

Zusätzlich existiert ein Herstellungsverfahren für einen Schlitztyp einer optischen Schaltvorrichtung, bei dem zwei Diffusionsschritte vor und nach der Kristallisierung auf einem Halbleitersubstrat durchgeführt werden, um einen Stör­ stellen-diffundierten Abschnitt in demselben zu bilden, wie in Fig. 1B gezeigt ist. Das Herstellungsverfahren dieser op­ tischen Schaltvorrichtung des Schlitztyps ist in "Appl. Phys. Lett.", Ausg. 50, Seiten 141-143, 1987, offenbart. Dieser Schlitztyp einer optischen Schaltvorrichtung ist geschaffen, um die Beschränkung eines Stromsignals, das durch einen Wellenleiter in derselben fließt, effektiv zu steuern.

Gleiche Komponenten wie die in Fig. 1A sind durch gleiche Bezugszeichen angezeigt.

Bezugnehmend auf Fig. 1B wird vor der Kristallbildung auf einer Hauptoberfläche eines Halbleiters Zink in das Substrat 1 diffundiert, wobei eine Maske verwendet wird, so daß ein erster diffundierter Abschnitt 8A entsteht. Ähnlich der Kri­ stallisierung, die in Fig. 1A gezeigt ist, werden nacheinan­ der eine erste optische Wellenleiterschicht 2, eine ka­ schierte Schicht 3 und ein zweiter optischer Wellenleiter 5 auf dem Substrat 1 gebildet. Nachfolgend wird Zink in die geschichteten Schichten 5 und 3 diffundiert, um einen zwei­ ten diffundierten Abschnitt 8B zu bilden. Eine Frontelektro­ de 6 und eine Rückelektrode 7 werden auf dem zweiten diffun­ dierten Abschnitt 8B bzw. einer rückseitigen Oberfläche ge­ genüber der Hauptoberfläche des Substrats 1 gebildet. Folg­ lich besitzt die optische Schlitztyp-Schaltvorrichtung eine p/n/p/n-Stromsperrschicht, wodurch die Beschränkung eines Stromsignals, das in derselben fließt, effektiv gesteuert werden kann.

Ein derartiger Schlitztyp einer optischen Schaltvorrichtung besitzt jedoch den Nachteil, daß eine lithographische Aus­ richtungstechnik mit einer Genauigkeit von 1 µm und darunter erforderlich ist, um eine derartige optische Schaltvorrich­ tung herzustellen, und außerdem zwei Diffusionsschritte un­ ter mehreren komplizierten Bedingungen, wie z. B. der genauen Steuerung der Menge eines Diffusionsmaterials oder einer präzisen Temperatur, durchgeführt werden müssen. Genauso be­ steht ein weiterer Nachteil des Schlitztyps einer optischen Schaltvorrichtung darin, daß die Reduzierung der Breite des Wellenleiters und eine Ohm′sche Kontaktfläche signifikant begrenzt sind.

Schließlich existiert eine optische GaAs/InP-Schaltvor­ richtung (Indium-Gallium-Arsenid-Phosphid/ Indium-Phosphid) mit einer semi-isolierenden InP-Stromsperrschicht, wie in Fig. 1C gezeigt ist. Diese optische Schaltvorrichtung ist in "InGaAsP/InP Optical Switches Embedded with Semi-Insulating InP Current Blocking Layers", Sel. Areas in Commun., Ausg. 16, Seiten 1199-1204, 1988, offenbart.

Gleiche Komponenten wie die in Fig. 1B sind durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet.

Gemäß Fig. 1C werden auf einer Hauptoberfläche eines Halb­ leitersubstrats 1 eine erste optische Wellenleiterschicht 2 und eine Stromsperrschicht 4 nacheinander gebildet. Durch einen Ätzprozeß wird ein Abschnitt der Stromsperrschicht 4 entfernt, um einen offenen Abschnitt zu bilden. Nachfolgend werden Rekristallisierungsschritte durchgeführt, um in dem offenen Abschnitt eine kaschierte Schicht 3′ und eine zweite optische Wellenleiterschicht 5′ zu bilden. Eine Frontelek­ trode 6 und eine Rückelektrode 7 werden jeweils auf der zweiten optischen Wellenleiterschicht 5′ bzw. einer rücksei­ tigen Oberfläche gegenüber der Hauptoberfläche des Substrats 1 gebildet.

Da eine derartige optische InGaAs/InP-Schaltvorrichtung eine Semi-isolierende InP-Schicht besitzt, die durch das zweima­ lige Durchführen der Kristallisierung erzeugt ist, kann ein Strom, der in derselben fließt, effektiv gesperrt werden.

Jedoch hat diese optische Schaltvorrichtung die gleichen Nachteile wie die oben genannten Schalter. Ferner ist in der optischen InGaAs/InP-Schaltvorrichtung die Kontaktfläche zwischen dem diffundierten Abschnitt und der Frontelektrode 6 beträchtlich begrenzt und daher die Ohm′sche Charakteri­ stik gesenkt, da Zink in den Wellenleiter diffundiert wird, um einen Störstellen-diffundierten Abschnitt zu bilden, und die Frontelektrode 6 nur auf dem diffundierten Abschnitt ge­ bildet wird. Folglich ist ein hohes Stromsignal von 90 mA oder höher erforderlich, um in dieser optischen InGaAs/InP- Schaltvorrichtung eine Schaltoperation durchzuführen, wo­ durch folglich der Stromverbrauch mengenmäßig weiter erhöht ist.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische Schaltvorrichtung zu schaffen, bei der eine Kontaktfläche zwischen einer Frontelektrode und einem Störstellen-diffun­ dierten Abschnitt maximiert ist, um die Ohm′sche Charakteri­ stik derselben zu maximieren, und bei der ferner die Be­ schränkung eines Stromsignals, das in derselben fließt, ef­ fektiv gesteuert werden kann, wodurch der Stromverbrauch, der für eine Schaltoperation erforderlich ist, minimiert werden kann. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung der optischen Schaltvorrichtung zu liefern.

Diese Aufgaben werden durch eine optische Schaltvorrichtung gemäß Patentanspruch 2, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Schaltvorrichtung gemäß Patentanspruch 3 ge­ löst.

Gemäß einem Vorteil der vorliegenden Erfindung umfaßt die optische Schaltvorrichtung ein n-InP-Substrat; eine optische Wellenleiterschicht, die auf der Hauptoberfläche des n-InP- Substrats gebildet ist; eine n-InP-Kaschierungsschicht, die auf der optischen Wellenleiterschicht gebildet ist; eine n-InGaAs-Deckschicht, die auf der n-InP-Kaschierungsschicht gebildet ist, wobei die Deckschicht eine Öffnung, die ab­ wärts verjüngt ist, besitzt; einen Störstellen-diffundierten Abschnitt, in dem p-Typ-Störstellen mit einer hohen Konzen­ tration durch die Öffnung in die n-InP-Kaschierungsschicht und bis zu einer vorbestimmten Tiefe in die n-InGaAs-Deck­ schicht ausgehend von einer Oberfläche derselben injiziert werden; eine Frontelektrode, die auf der n-InGaAs-Deck­ schicht und einer exponierten Oberfläche der n-InP-Kaschie­ rungsschicht gebildet ist; und eine Rückelektrode, die auf einer Oberfläche gebildet ist, die gegenüber der Hauptober­ fläche des n-InP-Substrats liegt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel umfaßt die optische Schalt­ vorrichtung ferner eine p-InP-Stromsperrschicht, die zwi­ schen der n-InP-Kaschierungsschicht und der n-InGaAs-Deck­ schicht gebildet ist, um zu verhindern, daß ein Strom in an­ dere Abschnitte, ausgenommen des Störstellen-diffundierten Abschnitts, gestreut wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung um­ faßt das Herstellungsverfahren des optischen Schalters fol­ gende Schritte: aufeinanderfolgendes Bilden einer optischen Wellenleiterschicht, einer n-InP-Kaschierungsschicht und ei­ ner n-InGaAs-Deckschicht auf einer Hauptoberfläche eines n-InP-Substrats unter Verwendung eines epitaxialen Aufwach­ sens; selektives Ätzen der n-InGaAs-Deckschicht, um eine Öffnung, die abwärts verjüngt ist, zu bilden; Diffundieren von Störstellen in die n-InP-Kaschierungsschicht durch die Öffnung und in die n-InGaAs-Deckschicht bis zu einer vorbe­ stimmten Tiefe ausgehend von einer Oberfläche derselben, um eine erste Störstellen-diffundierte Region in der kaschier­ ten n-InP-Schicht unter der Öffnung zu bilden, und um eine zweite Störstellen-diffundierte Region entlang der Ober­ fläche der n-InGaAs-Deckschicht zu bilden; Ätzen der Schich­ ten auf der optischen Wellenleiterschicht unter Verwendung einer Maske, um einen Steg-förmigen Wellenleiter zu bilden; und Bilden von Elektroden auf der n-InGaAs-Deckschicht und einer exponierten Oberfläche der n-InP-Kaschierungsschicht und auf einer Oberfläche, die gegenüber der Hauptoberfläche des n-InP-Substrats liegt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel umfaßt das Verfahren vor dem Bilden der n-InGaAs-Deckschicht ferner einen Schritt des Bildens einer p-InP-Stromsperrschicht, die zwischen der ka­ schierten n-InP-Schicht und der n-InGaAs-Deckschicht gebil­ det wird, um zu verhindern, daß ein Strom in andere Ab­ schnitte, ausgenommen des Störstellen-diffundierten Ab­ schnitts, gestreut wird.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1A bis 1C Querschnittansichten, die Ausführungen meh­ rerer bekannter optischer Schalter zeigen;

Fig. 2 eine Draufsicht eines optischen Schaltsystems, in dem eine optische Schaltvorrichtung gemäß der vor­ liegenden Erfindung verkörpert ist;

Fig. 3A eine Querschnittansicht, die die Ausführung einer optischen Schaltvorrichtung zeigt, die gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung her­ gestellt ist;

Fig. 3B eine Querschnittansicht, die eine weitere Ausfüh­ rung der optischen Schaltvorrichtung, die gemäß ei­ nem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, zeigt; und

Fig. 4A bis 4E Querschnittansichten, die die Herstellungs­ schritte der optischen Schaltvorrichtung von Fig. 3A zeigen.

Gemäß Fig. 2 ist gezeigt, daß die optische Schaltvorrichtung der vorliegenden Erfindung in einem optischen Schaltsystem verkörpert ist. Das Bezugszeichen 10 bezeichnet eine opti­ sche Schaltvorrichtung, die durch die vorliegende Erfindung hergestellt ist.

Der optische Wellenleiter in dem optischen Schaltsystem be­ sitzt einen kreuzförmigen Aufbau, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Die optische Schaltvorrichtung 10 ist an einer Kreuzung des optischen Wellenleiters errichtet. Einfallendes Licht B_in von einem Eingangstor des optischen Wellenleiters wird zu der optischen Schaltvorrichtung 10 übertragen. Danach wird das einfallende Licht B_in als übertragenes Licht B_tm ausge­ geben oder als reflektiertes Licht B_rf gemäß dem Betriebs­ zustand der optischen Schaltvorrichtung 10 ausgegeben.

Fig. 3A ist eine Querschnittansicht entlang der Linie A-A′ von Fig. 2 und zeigt den Aufbau der optischen Schaltvor­ richtung 10.

Gemäß Fig. 3A sind auf einer Hauptoberfläche eines n-InP- Substrats 11 eine optische Wellenleiterschicht 12 und eine n-InP-Kaschierungsschicht 13 durch Kristallisierung nachei­ nander aufgewachsen, wodurch eine Steg-Form auf dem Substrat 11 gebildet ist. Auf der kaschierten Schicht 13 werden nach­ einander eine p-InP-Stromsperrschicht 14 und eine n-InGaAs- Deckschicht 15 gebildet. Diese n-InGaAs-Deckschicht 15 be­ sitzt eine Öffnung, die abwärts verjüngt ist. Störstellen mit einer hohen Konzentration werden in die Stromsperr­ schicht 14 und die kaschierte Schicht 13 durch die Öffnung diffundiert und danach in die Deckschicht 15 bis zu einer vorbestimmten Tiefe ausgehend von einer Oberfläche dersel­ ben. Folglich ist ein Störstellen-diffundierter Abschnitt in der Stromsperrschicht 14 und der kaschierten Schicht 13, welche miteinander geschichtet sind, und entlang der Ober­ fläche der Deckschicht 15 gebildet.

Durch die abschließende Herstellung ist eine Frontelektrode 16 auf der n-InGaAs-Deckschicht 15 und einer exponierten Oberfläche der p-InP-Stromsperrschicht 14 gebildet. Auf ei­ ner Oberfläche des Substrats 11, die gegenüber der Haupt­ oberfläche desselben liegt, ist eine Rückelektrode 17 ge­ bildet.

Da die n-InGaAs-Deckschicht 15 in der optischen Schalt­ vorrichtung 10 mit der abwärts verjüngten Öffnung versehen ist, besitzt die Deckschicht 15 eine maximale Fläche, um einer Licht-reflektierenden Oberfläche, die als eine unter­ seitige Oberfläche des Störstellen-diffundierten Abschnitts gebildet ist und an einer Kreuzung des optischen Wellen­ leiters in der optischen Schaltvorrichtung 10 vorgesehen ist, einen Strom zuzuführen. Folglich kann die Breite des Störstellen-diffundierten Abschnitts 18 aufgrund der oben genannten abwärts verjüngten Öffnung als eine Stromzufüh­ rungsregion ohne eine Beschränkung entworfen werden.

Zusätzlich ist eine Grenzfläche zwischen dem Störstellen­ diffundierten Abschnitt 18 und der Frontelektrode 16 ver­ glichen mit der einer herkömmlichen optischen Schaltvor­ richtung relativ breit, wodurch die Ohm′sche Charakteristik beträchtlich verbessert werden kann.

Ferner kann verhindert werden, daß ein Stromsignal in andere Regionen, ausgenommen des Störstellen-diffundierten Ab­ schnitts, gestreut wird, da bei diesem Ausführungsbeispiel die Stromsperrschicht 14 verwendet ist.

Andererseits wird bei dem optischen Schaltsystem gemäß Fig. 2 das einfallende Licht B_in durch ein Eingangstor eingeführt und breitet sich entlang der optischen Wellenleiterschicht 12 aus. Wenn kein Spannungssignal an die Elektroden 17 und 18 angelegt wird, wodurch kein Stromsignal in der Nähe der Kreuzung der optischen Wellenleiterschicht 12 fließt, tritt keine Änderung des Brechungsindex in der optischen Wellen­ leiterschicht 12 auf. Folglich breitet sich das einfallende Licht B_in durch die Kreuzung der optischen Wellenleiter­ schicht 12 aus und wird als übertragenes Licht B_tm ausge­ geben.

Wenn jedoch an die Elektroden 17 und 18 ein Spannungssignal angelegt wird, fließt in der Nähe der Kreuzung der optischen Wellenleiterschicht 12 ein Stromsignal. Dann werden Träger des Stromsignals in der Nähe der optischen Wellenleiter­ schicht 12 angehäuft, wodurch der Brechungsindex in der op­ tischen Wellenleiterschicht 12 reduziert wird. Wenn der re­ duzierte Brechungsindex der Totalreflexion des Smelliusschen Brechungsgesetzes genügt, wird das einfallende Licht B_in ge­ schaltet und als reflektiertes Licht B_rf ausgegeben.

Fig. 3B ist eine Querschnittansicht, die eine weitere opti­ sche Schaltvorrichtung der vorliegenden Erfindung zeigt.

Die optische Schaltvorrichtung von Fig. 3B hat den gleichen Aufbau wie die von Fig. 3A, mit der Ausnahme, daß die opti­ sche Wellenleiterschicht aus einer p-InGaAs-Schicht 22 ge­ bildet ist, und die n-InGaAs-Deckschicht 15 direkt auf der n-InP-Kaschierungsschicht 13 gebildet ist, ohne die Bildung der p-InP-Stromsperrschicht 14. Die Einzelelemente, die gleiche Funktionen wie die Einzelelemente der optischen Schaltvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels (gezeigt in Fig. 3A) besitzen, sind durch die gleichen Bezugszeichen angezeigt, und Beschreibungen derselben sind weggelassen. Die optische Schaltvorrichtung von Fig. 3B hat der Vorrich­ tung von Fig. 3A entsprechende Effekte.

Ein Herstellungsverfahren der optischen Schaltvorrichtung von Fig. 3A wird detailliert bezugnehmend auf die Fig. 4A bis 4E beschrieben.

Gemäß Fig. 4A werden auf einem n-InP-Substrat 11 nachein­ ander eine optische n-InGaAs-Wellenleiterschicht 12, eine n-InP-Kaschierungsschicht 13, eine p-InP-Stromsperrschicht 14 und eine n-InGaAs-Deckschicht 15 durch ein epitaxiales Aufwachsverfahren einer MOCVD (metal organic chemical vapor deposition = metallisch-organische Gasphasenabscheidung nach chemischem Verfahren) oder der LPE (liquid phase epitaxy = Flüssigphasen-Epitaxy) aufgewachsen.

In Fig. 4B ist gezeigt, daß in der n-InGaAs-Deckschicht 15 eine Öffnung 25 gebildet wird. Die Deckschicht 15 wird z. B. selektiv geätzt, um die Öffnung 25 zu bilden. Diese Öffnung 25 besitzt eine abwärts verjüngte Form, da ein anisotropes Ätzverfahren als das selektive Ätzverfahren verwendet wird.

Die Öffnung 25 wird über einer Licht-reflektierenden Ober­ fläche, die nachfolgend beschrieben wird, gebildet.

Gemäß Fig. 4C wird ein Diffusionsschritt durchgeführt, um einen Störstellen-diffundierten Abschnitt zu bilden. Zink- Störstellen mit einer hohen Konzentration werden in die Stromsperrschicht 14 und die kaschierte Schicht 13 durch die Öffnung 25 diffundiert, und zur gleichen Zeit in die Deck­ schicht 15 bis zu einer vorbestimmten Tiefe ausgehend von einer Oberfläche derselben. Folglich wird ein Störstellen­ diffundierter Abschnitt 18 in der Stromsperrschicht 14 und der kaschierten Schicht 13, die miteinander geschichtet sind, und entlang der Oberfläche der Deckschicht 15 gebil­ det. Da der Stromdiffusionskoeffizient eines InP-Materials viel größer ist als der eines InGaAs-Materials, kann in der Nähe des Störstellen-diffundierten Abschnitts 18 ohne wei­ teres eine Stromsperr-Region mit einer p/n/p/n-Struktur ge­ bildet werden. Hierin wird nachfolgend in dem Störstellen­ diffundierten Abschnitt 18 eine Region, die unter der Öff­ nung 25 gebildet ist, eine erste Störstellen-diffundierte Region genannt. Eine weitere Region, die entlang der Ober­ fläche der n-InGaAs-Deckschicht 15 gebildet wird, wird eine zweite Störstellen-diffundierte Region genannt. Da die Deck­ schicht der optischen Schaltvorrichtung auf einer n-InGaAs- Schicht gebildet wird, kann eine Schwefelsäurelösung oder eine Phosphorsäurelösung als selektive Ätzlösung verwendet werden, wodurch der Ätzschritt ohne weiteres durchgeführt werden kann.

Bezugnehmend auf Fig. 4D wird ein Ätzschritt durchgeführt, um einen Wellenleiter einer Steg-Form zu bilden. Durch das Durchführen eines Naß-Ätzens oder eines Trocken-Ätzens wer­ den die Schichten, die auf der optischen Wellenleiterschicht 12 geschichtet sind, unter Verwendung einer Maske entfernt, um eine Steg-Form zu bilden.

Schließlich wird der Schritt des Bildens der Elektroden durchgeführt. Gemäß Fig. 4E wird auf der n-InGaAs-Deck­ schicht und einer exponierten Oberfläche der p-InP-Strom­ sperrschicht 14 eine Frontelektrode 16 gebildet. Ferner wird auf einer Oberfläche des Substrats 11, die der Hauptober­ fläche desselben gegenüberliegt, eine Rückelektrode 17 ge­ bildet. Damit ist die Herstellung der optischen Schaltvor­ richtung 10 vollendet.

Gemäß Fig. 4E ist die Frontelektrode 16 verglichen mit der unteren Oberfläche (d. h. einer Licht-reflektierenden Ober­ fläche) des Störstellen-diffundierten Abschnitts 18 bemer­ kenswert breit, wodurch der Kontaktwiderstand zwischen der Frontelektrode 16 und der ersten Störstellen-diffundierten Region reduziert sein kann.

Ferner ist eine p/n/p/n-Übergangsstruktur an beiden Seiten der ersten Störstellen-diffundierten Region gebildet, wo­ durch ein Stromfluß zu der Übergangsstruktur blockiert ist. Folglich wird ein Stromsignal effektiv in die Licht-re­ flektierende Oberfläche des Störstellen-diffundierten Ab­ schnitts 18 injiziert.

Außerdem ist das Herstellungsverfahren der optischen Schalt­ vorrichtung von Fig. 3B das gleiche, wie das der optischen Schaltvorrichtung von Fig. 3A, mit der Ausnahme, daß eine p-InGaAs-Schicht 22 auf dem n-InP-Substrat 11 als eine opti­ sche Wellenleiterschicht gebildet ist. Die n-InGaAs-Deck­ schicht 15 ist direkt auf der n-InP-Kaschierungsschicht 13 gebildet, ohne die Bildung der p-InP-Stromsperrschicht 14.

Wie oben beschrieben kann die optische Schaltvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine gute Ohm′sche Charak­ teristik aufweisen, da die Frontelektrode, die Kontakt zu einem Störstellen-diffundierten Abschnitt hat, verglichen mit einer Licht-reflektierenden Oberfläche des Störstellen­ diffundierten Abschnitts bemerkenswert breit ist.

Ferner kann ein Strom in der Vorrichtung effektiv gesperrt werden und die Vorrichtung kann bei einem kleinen Strompegel betrieben werden, da eine n-InGaAs-Deckschicht der optischen Schaltvorrichtung eine konkav geformte Öffnung aufweist, die abwärts verjüngt ist, und eine p/n/p/n-Übergangsstruktur an beiden Seiten des Störstellen-diffundierten Abschnitts ge­ bildet ist.

Zusätzlich kann eine Schwefelsäurelösung oder eine Phosphor­ säurelösung als selektive Ätzlösung verwendet werden, wo­ durch der Ätzprozeß leicht durchgeführt werden kann, da die Deckschicht der optischen Schaltvorrichtung aus einer n- InGaAs-Schicht gebildet ist.

Außerdem kann die p/n/p/n-Übergangsstruktur zur Verwendung als Stromsperrschicht leicht gebildet werden, da sich die Koeffizienten von InGaAs- und InP-Materialien voneinander unterscheiden.

Claims (4)

1. Optische Schaltvorrichtung (10) zum totalen Reflektieren eines einfallenden Lichts (B_in) in derselben gemäß einer Änderung des Brechungsindex, der infolge einer Stromzu­ führung auftritt, wobei die optische Schaltvorrichtung (10) folgende Merkmale aufweist:
ein n-InP-Substrat (11);
eine optische Wellenleiterschicht (12; 22), die auf ei­ ner Hauptoberfläche des n-InP-Substrats (11) gebildet ist;
eine n-InP-Kaschierungsschicht (13), die auf der opti­ schen Wellenleiterschicht (12; 22) gebildet ist;
eine n-InGaAs-Deckschicht (15), die auf der n-InP-Ka­ schierungsschicht (13) gebildet ist, wobei die Deck­ schicht (15) eine abwärts verjüngte Öffnung (25) aufweist;
einen Störstellen-diffundierten Abschnitt (18), wobei p-Typ-Störstellen mit einer hohen Konzentration durch die Öffnung (25) in die n-InP-Kaschierungsschicht (13) und in die n-InGaAs-Deckschicht (15) bis zu einer vor­ bestimmten Tiefe ausgehend von einer Oberfläche der­ selben injiziert sind;
eine Frontelektrode (16), die auf der n-InGaAs-Deck­ schicht (15) und einer exponierten Oberfläche der n-InP-Kaschierungsschicht (13) gebildet ist; und
eine Rückelektrode (17), die auf einer Oberfläche, die gegenüber der Hauptoberfläche des n-InP-Substrats (11) liegt, gebildet ist.

2. Optische Schaltvorrichtung (10) gemäß Anspruch 1, die ferner eine p-InP-Stromsperrschicht (14) einschließt, die zwischen der n-InP-Kaschierungsschicht (13) und der n-InGaAs-Deckschicht (15) gebildet ist, um zu verhin­ dern, daß ein Strom in andere Abschnitte, ausgenommen des Störstellen-diffundierten Abschnitts (18), gestreut wird.

3. Verfahren zum Herstellen einer optischen Schaltvor­ richtung (10) zum totalen Reflektieren eines einfallen­ den Lichts (B_in) in derselben gemäß einer Änderung des Brechungsindex, die infolge einer Stromzuführung auf­ tritt, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
aufeinanderfolgendes Bilden einer optischen Wellenlei­ terschicht (12), einer n-InP-Kaschierungsschicht (13) und einer n-InGaAs-Deckschicht (15) auf einer Haupt­ oberfläche eines n-InP-Substrats (11) unter Verwendung eines epitaxialen Aufwachsens;
selektives Ätzen der n-InGaAs-Deckschicht (15), um eine abwärts verjüngte Öffnung (25) zu bilden;
Diffundieren von Störstellen in die kaschierte n-InP- Schicht (13) durch die Öffnung (25) und in die n- InGaAs-Deckschicht (15) bis zu einer vorbestimmten Tiefe ausgehend von einer Oberfläche derselben, um eine erste Störstellen-diffundierte Region (18) in der n-InP-Ka­ schierungsschicht unter der Öffnung (25) zu bilden, und um eine zweite Störstellen-diffundierte Region (18) entlang der Oberfläche der n-InGaAs-Deckschicht (15) zu bilden;
Ätzen der Schichten auf der optischen Wellenleiter­ schicht (12) unter Verwendung einer Maske, um einen Steg-förmigen Wellenleiter zu bilden; und
Bilden von Elektroden (16, 17) auf der n-InGaAs-Deck­ schicht (15) und einer exponierten Oberfläche der n-InP-Kaschierungsschicht (13) und auf einer Oberfläche, die gegenüber der Hauptoberfläche des n-InP-Substrats (11) liegt.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, das ferner folgenden Schritt aufweist:
Bilden einer p-InP-Stromsperrschicht (14), die zwischen der n-InP-Kaschierungsschicht (13) und der n-InGaAs- Deckschicht (15) gebildet wird, vor dem Bilden der n- InGaAs-Deckschicht (15), um zu verhindern, daß ein Strom in andere Abschnitte, ausgenommen des Störstellen-dif­ fundierten Abschnitts (18), gestreut wird.