DE4432010C2 - Optische Schaltvorrichtung und Herstellungsverfahren für diese - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf optische Schaltvorrichtungen, mit denen in einem optischen Wellenleiter geführtes Licht durch Totalreflexion von einem ersten Lichtweg in einen zweiten Lichtweg umgelenkt wird. Die Totalreflexion wird dabei durch Stromzufuhr in den Schaltbereich des Lichtleiters und eine dementsprechende Änderung des Brechungsindex erzeugt. Ferner bezieht sich die Erfindung auf Verfahren zur Herstellung derartiger Schaltvorrichtungen.

Optische Schaltvorrichtungen werden im allgemeinen als hauptsächliche Komponenten eines optischen Übertragungs­ systems mit hoher Datenübertra­ gungskapazität und Arbeitsgeschwindigkeit verwendet, 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 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. Dadurch 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 umgelenkt. Das umgelenkte 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 - cosΘ),

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

Zur Herstellung derartiger optischer Schaltvorrichtungen mit einer Total­ reflexions-Grenzfläche werden bisher folgende drei Verfahren verwendet:

Das erste Verfahren besteht darin, daß nach dem Durchführen einer Kristallisierung auf einem Halbleitersub­ strat, 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", IEEE Journal on Selected Areas in Commun., Bd. 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 Kaschier-Schicht 3 und eine zweite optische Wellenleiterschicht 5 gebildet. Nachdem Zinkstörstellen partiell in die zweite optische Wellenlei­ terschicht und die Kaschier-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 Kaschier-Schicht und der ersten optischen Wellenleiter­ schicht zu entfernen. Dann wird die erste optische Wellen­ leiterschicht bis zu einer vorbestimmten Tiefe 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. Bei geringer Breite des Wellenleiters ist die 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 auch in horizontaler Richtung diffundiert. Wenn das Zink über die Breite des Wellenleiters hinaus diffundiert ist, wird ein Stromsignal in unerwünschter Weise über den Bereich des Wellenleiters hinaus gestreut. Aus diesem Grund besitzt die oben beschriebene optische Schaltvorrichtung den Nachteil, daß das Stromsignal nicht effektiv zur Steuerung des Wellenleiters genutzt werden kann.

Als weiteres Verfahren ist ein Herstellungsverfahren für einen Schlitztyp einer optischen Schaltvorrichtung bekannt, bei dem zwei Diffusionsschritte vor und nach der Kristallisierung auf einem Halbleitersubstrat durchgeführt werden, um Stör­ stellen-diffundierten Abschnitte 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. Mit diesem Schlitztyp einer optischen Schaltvorrichtung kann das Stromsignal, das durch einen Wellenleiter fließt, effektiv zur Steuerung des Wellenleiters genutzt werden.

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

Wie in Fig. 1B gezeigt, 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 Kaschier- Schicht 3 und ein zweiter optischer Wellenleiter 5 auf dem Substrat 1 gebildet. Nachfolgend wird Zink in die 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, so daß das Stromsignal effektiv zur Steuerung des Wellenleiters genutzt 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 daß 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 sie in Fig. 1C gezeigt ist. Diese optische Schaltvorrichtung ist in "InGaAsP/InP Optical Switches Embedded with Semi-Insulating InP Current Blocking Layers", IEEE Journal on Sel. Areas in Commun., Bd. 6, 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 Kaschier-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 Stromfluß durch diese Schicht 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 des Kontaktes zu maximieren. Ferner soll eine optische Schaltvorrichtug geschaffen werden, bei der darüber hinaus das Stromsignal, das in der Schaltvorrichtung fließt, ef­ fektiv zur Steuerung der Schaltvorrichtung genutzt wird, so daß der Stromverbrauch, der für eine Schaltoperation erforderlich ist, minimiert werden kann.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, jeweilige Verfahren zur Herstellung derartiger optischer Schaltvorrichtungen anzugeben.

Diese Aufgaben werden durch optische Schaltvorrichtungen gemäß den Patentansprüchen 1 und 2 sowie durch Verfahren zur Herstellung von optischen Schaltvorrichtungen gemäß den Patentansprüchen 3 und 4 ge­ löst.

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfaßt die optische Schaltvorrichtung ein n-InP-Substrat; eine optische Wellenleiterschicht, die auf der Vorderseite 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 besitzt, die zur Kaschierungsschicht hin verjüngt ist und bis zu dieser hin reicht; einen dotierten Bereich, in dem p-Typ-Störstellatome 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 eingebracht sind; eine Frontelektrode, die den mit Störstellatomen dotierten Bereich der n-InGaAs-Deck­ schicht und der n-InP-Kaschie­ rungsschicht überdeckt und eine Rückseitenelektrode, die auf der Rückseite des n-InP-Substrats angeordnet ist.

Bei einem anderen 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 außerhalb des Störstellen-diffundierten Abschnitts gestreut wird. In diesem Fall reicht die abgeschrägte Kanten aufweisende Öffnung in der Deckschicht bis auf die Stromsperrschicht; die p-Leitung erzeugenden Fremdatome werden in den durch die Öffnung freigelegten Bereich der Stromsperrschicht, den darunter liegenden Bereich der Kaschierungsschicht und in die Oberfläche der Deckschicht eingebracht.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung um­ faßt das Herstellungsverfahren des optischen Schalters fol­ gende Schritte: Aufeinanderfolgendes Aufbringen einer optischen Wellenleiterschicht, einer n-InP-Kaschierungsschicht und ei­ ner n-InGaAs-Deckschicht auf der Vorderseite eines n-InP-Substrats unter Verwendung eines epitaxialen Aufwach­ sens; selektives anisotropes Ätzen der n-InGaAs-Deckschicht, um eine Öffnung, die sich zur Kaschierungsschicht verjüngt und bis zu dieser reicht, zu bilden; Diffundieren von Störstellenatomen in die n-InP-Kaschierungsschicht durch die Öffnung und in die n-InGaAs-Deckschicht, um einen p-leitenden Bereich in der kaschier­ ten n-InP-Schicht unter der Öffnung und entlang der Ober­ fläche der n-InGaAs-Deckschicht zu bilden; Ätzen der Schich­ ten auf der optischen Wellenleiterschicht unter Verwendung einer Maske, um einen stegförmigen Wellenleiter zu bilden; und Aufbringen von Elektroden auf die stegförmige Anordnung und auf die Rückseite des n-InP-Substrats.

Gemäß einem weiteren 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 Ab­ schnitte außerhalb des Störstellen-diffundierten Ab­ schnitts gestreut wird. In diesem Fall wird ein selektiver, anisotroper Ätzprozeß zur Erzeugung einer Öffnung mit sich zur Stromsperrschicht verjüngenden Kanten durchgeführt, bis die Stromsperrschicht freigelegt ist, so daß anschließend p-Leitung erzeugende Fremdatome in den freigelegten Bereich der Stromsperrschicht, den darunter liegenden Bereich der Kaschierschicht und in die Oberfläche der Deckschicht diffundiert werden können.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 4 näher erläutert. Es zeigt

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 Querschnittsansicht 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 nachein­ ander 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 zur Stromsperrschicht hin verjüngt ist. Fremdatome mit einer hohen Konzentration werden durch die Öffnung in die Stromsperr­ schicht 14 und die kaschierte Schicht 13 und danach bis zu einer vorbestimmten Tiefe in die Deckschicht 15 diffundiert. Folglich ist ein mit Fremdatomen dotierter Abschnitt in Bereichen der Stromsperrschicht 14 und der kaschierten Schicht 13, welche aufeinander geschichtet sind, und entlang der Ober­ fläche der Deckschicht 15 gebildet.

Ferner ist eine Frontelektrode 16 auf der n-InGaAs-Deckschicht 15 und auf der freiliegenden Oberfläche der p-InP-Stromsperrschicht 14 gebildet. Auf der Rückseite des Substrats 11 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 große Fläche, um einem Schaltbereich des Wellenleiters unter­ halb des mit Fremdatomen dotierten Bereichs der Kaschierungsschicht an einer Kreuzung des optischen Wellen­ leiters in der optischen Schaltvorrichtung 10 einen Strom zuzuführen. Folglich kann mit der erfindungsgemäßen Ausbildung eine optische Schaltvorrichtung mit geringer Breite des Schaltbereichs und großer Kontaktfläche entworfen werden, d. h. die Grenzfläche zwischen dem dotierten Abschnitt 18 und der Frontelektrode 16 ist ver­ glichen mit der einer herkömmlichen optischen Schaltvor­ richtung relativ breit, wodurch die Ohm′sche Charakteristik beträchtlich verbessert werden kann.

Ferner kann durch die Stromsperrschicht 14 verhindert werden, daß ein Stromsignal in Regionen außerhalb des dotierten Abschnitts gestreut wird.

Bei dem optischen Schaltsystem gemäß Fig. 2 wird das einfallende Licht B_in durch ein Eingangstor eingeführt und breitet sich entlang der optischen Wellenleiterschicht 12 aus. Wenn keine Spannung an die Elektroden 17 und 18 angelegt wird, so daß kein Strom in den Schaltbereich an 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 den Schaltbereich an der Kreuzung der optischen Wellenleiterschicht 12 ein Strom. Dann werden Ladungsträger in dem Schaltbereich der optischen Wellenleiter­ schicht 12 angehäuft, wodurch der Brechungsindex in der op­ tischen Wellenleiterschicht 12 reduziert wird. Wenn der re­ duzierte Brechungsindex der Totalreflexionsbedingung des Smelliusschen Brechungsgesetzes genügt, wird das einfallende Licht B_in ge­ schaltet und als reflektiertes Licht B_rf ausgegeben.

Fig. 3B ist eine Querschnittsansicht, 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 daß die n-InGaAs-Deckschicht 15 ohne die Bildung der p-InP-Stromsperrschicht 14 direkt auf der n-InP-Kaschierungsschicht 13 gebildet ist. 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 dem Schaltbereich der Anordnung gebildet.

Gemäß Fig. 4C wird ein Diffusionsschritt durchgeführt, um einen mit Fremdatomen dotierten Abschnitt zu bilden. Zink- Störstellen werden mit einer hohen Konzentration in die Stromsperrschicht 14 und die kaschierte Schicht 13 durch die Öffnung 25 und zur gleichen Zeit bis zu einer vorbestimmten Tiefe in die Deck­ schicht 15 diffundiert. Folglich wird ein mit Zinkatomen dotierter Abschnitt 18 in der Stromsperrschicht 14 und der kaschierten Schicht 13, die aufeinander geschichtet sind, und entlang der Oberfläche der Deckschicht 15 gebil­ det. Da der Diffusionskoeffizient für Zinkatome im InP-Material viel größer ist als der im InGaAs-Material, 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.

Da die Deckschicht der optischen Schaltvorrichtung aus 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.

Wie in Fig. 4D gezeigt, wird ein Ätzschritt durchgeführt, um einen Wellenleiter in 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 erhalten.

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

Gemäß Fig. 4E ist die Frontelektrode 16, verglichen mit dem Schaltbereich unterhalb des mit Fremdatomen dotierten Abschnitts 18 bemer­ kenswert breit, so daß der Kontaktwiderstand zwischen der Frontelektrode 16 und dem mit Fremdatomen dotierten Bereich reduziert ist.

Ferner ist eine p/n/p/n-Übergangsstruktur an beiden Seiten der Anordnung gebildet, so daß ein Stromfluß an den Seiten der Anordnung blockiert ist. Folglich wird der gesamte Strom in den Schaltbereich unterhalb des Abschnitts 18 injiziert.

Das Herstellungsverfahren der optischen Schalt­ vorrichtung nach Fig. 3B ist das gleiche wie das der optischen Schaltvorrichtung nach 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. Außerdem wird hier beim Erzeugen der Öffnung in der Deckschicht bis zur Kaschierungsschicht geätzt, so daß anschließend Zinkatome in den freigelegten Bereich der Kaschierungsschicht und in die Oberfläche der Deckschicht diffundiert werden.

Wie oben beschrieben, weist die optische Schaltvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine gute Ohm′sche Charak­ teristik auf, da die Frontelektrode verglichen mit den Abmessungen des Schaltbereichs bemerkenswert breit ist.

Ferner wird ein Strom in der Vorrichtung effektiv gesperrt und die Vorrichtung bei einem kleinen Strompegel betrieben, 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 Diffusionskoeffizienten der Zink-Atome für InGaAs- und InP-Materialien voneinander unterscheiden.

Claims (4)

1. Optische Schaltvorrichtung, bei der durch Stromzufuhr in den Schaltbereich (10) einer optischen Wellenleiteranordnung der Brechungsindex des Wellenleitermaterials im Schaltbereich (10) so verändert wird, daß ein in der Wellenleiteranordnung geführter Lichtstrahl durch Totalreflexion von einem ersten Lichtweg in einen zweiten Lichtweg umgelenkt wird,

• - mit einem n-InP-Substrat (11), auf dessen Rückseite eine Elektrode aufgebracht ist und auf dessen Vorderseite eine optische Wellenleiterschicht (22), eine n-InP-Kaschierungsschicht (13) und eine n-InGaAs-Deckschicht (15) in der angegebenen Reihenfolge aufgebracht sind,
  wobei
• - die n-InGaAs-Deckschicht (15) oberhalb des Schaltbereichs (10) der Vorrichtung eine sich zur n-InP-Kaschierungsschicht (13) verjüngende Öffnung (25) aufweist, die bis zu der n-InP-Kaschierungsschicht (13) reicht;
• - in den durch die Öffnung (25) freigelegten Bereich der n-InP-Kaschierungsschicht (13) und in die Oberfläche der n-InGaAs-Deckschicht (15) p-Leitung erzeugende Fremdatome eingebracht sind und wobei
• - eine Vorderseitenelektrode (16) den durch die Öffnung (25) freigelegten, mit den Fremdatomen dotierten Bereich der n-InP-Kaschierungsschicht (13) und die oberflächlich mit den Fremdatomen dotierte n-InGaAs-Deckschicht (15) überdeckt.

2. Optische Schaltvorrichtung (10), bei der durch Stromzufuhr in den Schaltbereich (10) einer optischen Wellenleiteranordnung der Brechungsindex des Wellenleitermaterials im Schaltbereich (10) so verändert wird, daß ein in der Wellenleiteranordnung geführter Lichtstrahl durch Totalreflexion von einem ersten Lichtweg in einen zweiten Lichtweg umgelenkt wird,

• - mit einem n-InP-Substrat (11), auf dessen Rückseite eine erste Elektrode aufgebracht ist und auf dessen Vorderseite eine optische Wellenleiterschicht (12), eine n-InP-Kaschierungsschicht (13), eine p-InP-Stromsperrschicht (14) und eine n-InGaAs-Deckschicht (15) in der angegebenen Reihenfolge aufgebracht sind,
  wobei
• - die n-InGaAs-Deckschicht (15) oberhalb des Schaltbereichs (10) der Vorrichtung eine sich zur p-InP-Stromsperrschicht (14) verjüngende Öffnung (25) aufweist, die bis zu der p-InP-Stromsperrschicht (14) reicht;
• - in den durch die Öffnung (25) freigelegten Bereich der p-InP-Stromsperrschicht (14), den darunter liegenden Bereich der n-InP-Kaschierungsschicht (13) und in die Oberfläche der n-InGaAs-Deckschicht (15) p-Leitung erzeugende Fremdatome eingebracht sind und wobei
• - eine Vorderseitenelektrode (16) den von der Öffnung (25) freigelegten, mit den Fremdatomen dotierten Bereich der p-InP-Sperrschicht (14) und die oberflächlich mit den Fremdatomen dotierte n-InGaAs-Deckschicht (15) überdeckt.

3. Verfahren zur Herstellung einer optischen Schaltvorrichtung, bei der durch Stromzufuhr in den Schaltbereich (10) einer optischen Wellenleiteranordnung der Brechungsindex des Wellenleitermaterials im Schaltbereich (10) so verändert wird, daß ein in der Wellenleiteranordnung geführter Lichtstrahl durch Totalreflexion von einem ersten Lichtweg in einen zweiten Lichtweg umgelenkt wird, mit folgenden Verfahrensschritten:

• - Aufbringen einer optischen Wellenleiterschicht (22), einer n-InP-Kaschierungsschicht (13) und einer n-InGaAs-Deckschicht (15) auf die Vorderseite eines n-InP-Substrats (11) in der angegebenen Reihenfolge mittels epitaktischer Aufwachsvorgänge,
• - Erzeugen einer sich zur n-InP-Kaschierungsschicht (13) verjüngenden, bis zur Oberfläche der n-InP-Kaschierungsschicht (13) reichenden Öffnung in der n-InGaAs-Deckschicht (15) oberhalb des Schaltbereichs (10) durch selektives anisotropes Ätzen der n-InGa-As-Deckschicht (15),
• - Diffundieren von p-Leitung erzeugenden Fremdatomen in den durch die Öffnung (25) freigelegten Bereich der n-InP-Kaschierungsschicht (13) und in die Oberfläche der n-InGa-As-Deckschicht (15),
• - Strukturieren der n-InGaAs-Deckschicht (15) und der n-InP-Kaschierungsschicht (13) zu einer stegförmigen Anordnung auf der Wellenleiterschicht (12) durch Erzeugen einer Maske und anschließendes Ätzen der Schichten,
• - Aufbringen von Elektrodenmaterial (16) auf die Oberfläche der stegförmigen Anordnung und auf die Rückseite des Substrats (11).

4. Verfahren zur Herstellung einer optischen Schaltvorrichtung, bei der durch Stromzufuhr in den Schaltbereich (10) einer optischen Wellenleiteranordnung der Brechungsindex des Wellenleitermaterials im Schaltbereich (10) so verändert wird, daß ein in der Wellenleiteranordnung geführter Lichtstrahl durch Totalreflexion von einem ersten Lichtweg in einen zweiten Lichtweg umgelenkt wird, mit folgenden Verfahrensschritten:

• - Aufbringen einer optischen Wellenleiterschicht (22), einer n-InP-Kaschierungsschicht (13), einer p-InP-Stromsperrschicht (11) und einer n-InGaAs-Deckschicht (15) auf die Vorderseite eines n-InP-Substrats (11) in der angegebenen Reihenfolge mittels epitaktischer Aufwachsvorgänge,
• - Erzeugen einer sich zur p-InP-Kaschierungsschicht (13) verjüngenden, bis zur Oberfläche der p-InP-Stromsperrschicht (14) reichenden Öffnung in der n-InGaAs-Deckschicht (15) oberhalb des Schaltbereichs (10) durch selektives anisotropes Ätzen der n-InGa-As-Deckschicht (15),
• - Diffundieren von p-Leitung erzeugenden Fremdatomen in den durch die Öffnung (25) freigelegten Bereich der p-InP-Stromsperrschicht (14), den darunter liegenden Bereich der n-InP-Kaschierungsschicht (13) und in die Oberfläche der n-InGa-As-Deckschicht (15),
• - Strukturieren der n-InGaAs-Deckschicht (15), der p-InP- Stromsperrschicht (14) und der n-InP-Kaschierungsschicht (13) zu einer stegförmigen Anordnung auf der Wellenleiterschicht (12) durch Erzeugen einer Maske und anschließendes Ätzen der Schichten,
• - Aufbringen von Elektrodenmaterial (16) auf die Oberfläche der stegförmigen Anordnung und auf die Rückseite des Substrats (11).