JP2682379B2 - 半導体ゲート型光スイッチ又は半導体マトリクス光スイッチ及びその製造方法 - Google Patents
半導体ゲート型光スイッチ又は半導体マトリクス光スイッチ及びその製造方法Info
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- JP2682379B2 JP2682379B2 JP5154042A JP15404293A JP2682379B2 JP 2682379 B2 JP2682379 B2 JP 2682379B2 JP 5154042 A JP5154042 A JP 5154042A JP 15404293 A JP15404293 A JP 15404293A JP 2682379 B2 JP2682379 B2 JP 2682379B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】光アンプをゲートとし、そのゲー
トと受動導波路から構成される半導体ゲート型光スイッ
チ又は光アンプをゲートとし、そのゲートと合波・分岐
導波路から構成される半導体マトリクス光スイッチ及び
その製造方法に関する。
トと受動導波路から構成される半導体ゲート型光スイッ
チ又は光アンプをゲートとし、そのゲートと合波・分岐
導波路から構成される半導体マトリクス光スイッチ及び
その製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光スイッチは将来の高速通信システム、
光交換システム等のキーエレメントの一つと考えられ
る。光スイッチとしては、ＬｉＮｂＯ3 等の誘電体を用
いたものと、ＧａＡｓやＩｎＰ等の半導体を用いたもの
とが考えられるが、光アンプ等の他の光素子やＦＥＴ等
の電子回路との集積化が可能で、小型化、多チャネンル
化も容易な半導体光スイッチへの期待が近年高まりつつ
ある。このような半導体光スイッチのうち、使用光の偏
光に依存せず、挿入損失をＯｄＢとすることが容易な半
導体ゲート型光スイッチが近年発に研究開発されてい
る。この光スイッチは、半導体光アンプをゲートとし、
電流注入時は光を増幅するためゲートオン状態、非電流
注入時は光を吸収するためゲートオフ状態となることを
利用し、複数個のゲートを合・分岐半導体光導波路で接
続し、マトリクス光スイッチを構成するものである。こ
の様な半導体ゲート型光スイッチとしては、Ｍ．Ｊａｎ
ｓｏｎらがエレクトロニクス レターズ（Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）ｖｏｌ．２８（１９９
２）ｐ．７７６に報告している。この光スイッチは、光
アンプをゲートとして動作させるためのいわゆるアクテ
ィブ導波路と合・分岐するためのいわゆるパッシブ導波
路を集積するため、図５に示す層構造を採用している。
すなわち、使用波長よりも波長組成の短い組成からなる
第１のアンドープ半導体ガイド層５１はアクティブ導波
路領域とパッシブ導波路領域とにわたって連続して構成
され、アクティブ導波路領域のみ前記第１のガイド層の
上にアンドープ半導体クラッド層を挿入した上でさらに
使用波長と同じ波長組成の第２のアンドープ半導体ガイ
ド層５２を積層した構成となっている。
光交換システム等のキーエレメントの一つと考えられ
る。光スイッチとしては、ＬｉＮｂＯ3 等の誘電体を用
いたものと、ＧａＡｓやＩｎＰ等の半導体を用いたもの
とが考えられるが、光アンプ等の他の光素子やＦＥＴ等
の電子回路との集積化が可能で、小型化、多チャネンル
化も容易な半導体光スイッチへの期待が近年高まりつつ
ある。このような半導体光スイッチのうち、使用光の偏
光に依存せず、挿入損失をＯｄＢとすることが容易な半
導体ゲート型光スイッチが近年発に研究開発されてい
る。この光スイッチは、半導体光アンプをゲートとし、
電流注入時は光を増幅するためゲートオン状態、非電流
注入時は光を吸収するためゲートオフ状態となることを
利用し、複数個のゲートを合・分岐半導体光導波路で接
続し、マトリクス光スイッチを構成するものである。こ
の様な半導体ゲート型光スイッチとしては、Ｍ．Ｊａｎ
ｓｏｎらがエレクトロニクス レターズ（Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）ｖｏｌ．２８（１９９
２）ｐ．７７６に報告している。この光スイッチは、光
アンプをゲートとして動作させるためのいわゆるアクテ
ィブ導波路と合・分岐するためのいわゆるパッシブ導波
路を集積するため、図５に示す層構造を採用している。
すなわち、使用波長よりも波長組成の短い組成からなる
第１のアンドープ半導体ガイド層５１はアクティブ導波
路領域とパッシブ導波路領域とにわたって連続して構成
され、アクティブ導波路領域のみ前記第１のガイド層の
上にアンドープ半導体クラッド層を挿入した上でさらに
使用波長と同じ波長組成の第２のアンドープ半導体ガイ
ド層５２を積層した構成となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】図５の構造では、パッ
シブ導波路領域では光は第１のガイド層を伝搬し、アク
ティブ導波路領域では、第１のガイド層から第２のガイ
ド層へしみだした光が実際にはゲート動作を受ける動作
原理となっている。このため、パッシブ導波路領域を伝
搬してきた光が全てゲート動作を受けるわけではなく、
ゲートオン状態にしても光増幅量が小さいこと、さら
に、ゲート動作時の注入電流が本来注入される必要の無
い第１のガイド層にも注入されてしまうことから、必要
な注入電流が大きくなってしまうという問題があった。
また、導波路作製方法としてウェットエッチングを用い
ており、再現性や歩留まりに問題があった。さらに、エ
チングにともなってガイド層側壁に荒れが生じる為導波
損失の増大を招き、この導波損失の増大分を補償するた
めに、必要な注入電流がさらに増大するという問題があ
った。
シブ導波路領域では光は第１のガイド層を伝搬し、アク
ティブ導波路領域では、第１のガイド層から第２のガイ
ド層へしみだした光が実際にはゲート動作を受ける動作
原理となっている。このため、パッシブ導波路領域を伝
搬してきた光が全てゲート動作を受けるわけではなく、
ゲートオン状態にしても光増幅量が小さいこと、さら
に、ゲート動作時の注入電流が本来注入される必要の無
い第１のガイド層にも注入されてしまうことから、必要
な注入電流が大きくなってしまうという問題があった。
また、導波路作製方法としてウェットエッチングを用い
ており、再現性や歩留まりに問題があった。さらに、エ
チングにともなってガイド層側壁に荒れが生じる為導波
損失の増大を招き、この導波損失の増大分を補償するた
めに、必要な注入電流がさらに増大するという問題があ
った。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上述の問題点を解決する
ために、本発明による半導体ゲート型光スイッチ（又は
半導体マトリクス光スイッチ）は、導伝型半導体基板上
に少なくとも、前記半導体基板より屈折率の高いアンド
ープ半導体バルクガイド層と、前記アンドープ半導体バ
ルクガイド層より屈折率の低い逆導伝型半導体クラッド
層が積層され、前記アンドープ半導体バルクガイド層
は、光伝搬方向で少なくとも使用光の波長と同じ波長組
成であるアンドープ半導体バルクガイド層かならるゲー
トと、使用光の波長より短い波長組成であるアンドープ
半導体バルクガイド層からなる受動導波路（又は合波・
分岐光導波路）とを構成し、かつ、一括して成長した層
であることを特徴とする半導体ゲート型光スイッチ。
ために、本発明による半導体ゲート型光スイッチ（又は
半導体マトリクス光スイッチ）は、導伝型半導体基板上
に少なくとも、前記半導体基板より屈折率の高いアンド
ープ半導体バルクガイド層と、前記アンドープ半導体バ
ルクガイド層より屈折率の低い逆導伝型半導体クラッド
層が積層され、前記アンドープ半導体バルクガイド層
は、光伝搬方向で少なくとも使用光の波長と同じ波長組
成であるアンドープ半導体バルクガイド層かならるゲー
トと、使用光の波長より短い波長組成であるアンドープ
半導体バルクガイド層からなる受動導波路（又は合波・
分岐光導波路）とを構成し、かつ、一括して成長した層
であることを特徴とする半導体ゲート型光スイッチ。
【０００５】また半導体ゲート型光スイッチ（又は半導
体マトリクス光スイッチ）の製造方法は、半導体基板上
に少なくとも誘電体膜を堆積する工程と、該誘電体膜を
ストライプ幅が光ゲート部で広く、受動導波路（又は合
波・分岐光導波路部）で狭い一対のストライプ状マスク
に加工する工程と、前記一対のストライプ状マスクの空
隙部にＭＯＶＰＥ選択的結晶成長法によりＩｎＧａＡｓ
Ｐ半導体バルクガイド層を形成する工程と、前記一対の
ストライプ状マスクの空隙部の幅を広げる若くしは前記
ストライプ状マスクを除去した後に新たに一対のストラ
イプ状マスクを形成する工程と、再びＭＯＶＰＥ選択的
結晶成長法により該ストライプ状マスクの空隙部に半導
体埋め込み層若くしは半導体装荷層を形成する工程と、
光ゲート部に電流注入の為の電極を形成する工程とを含
むとを特徴とする。
体マトリクス光スイッチ）の製造方法は、半導体基板上
に少なくとも誘電体膜を堆積する工程と、該誘電体膜を
ストライプ幅が光ゲート部で広く、受動導波路（又は合
波・分岐光導波路部）で狭い一対のストライプ状マスク
に加工する工程と、前記一対のストライプ状マスクの空
隙部にＭＯＶＰＥ選択的結晶成長法によりＩｎＧａＡｓ
Ｐ半導体バルクガイド層を形成する工程と、前記一対の
ストライプ状マスクの空隙部の幅を広げる若くしは前記
ストライプ状マスクを除去した後に新たに一対のストラ
イプ状マスクを形成する工程と、再びＭＯＶＰＥ選択的
結晶成長法により該ストライプ状マスクの空隙部に半導
体埋め込み層若くしは半導体装荷層を形成する工程と、
光ゲート部に電流注入の為の電極を形成する工程とを含
むとを特徴とする。
【０００６】
【０００７】
【作用】本発明では、加藤らによってエレクトロニクス
レターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ
ｓ）ｖｏｌ．２８（１９９２）ｐ．１５３に報告されて
いるＭＯ−ＶＰＥ選択成長のバンドギャップエネルギー
制御技術を利用し、バンドギャップの異なるアクティブ
ガイド層とパッシブガイド層を１回の結晶成長で光伝搬
導波方向に連続して形成している。
レターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ
ｓ）ｖｏｌ．２８（１９９２）ｐ．１５３に報告されて
いるＭＯ−ＶＰＥ選択成長のバンドギャップエネルギー
制御技術を利用し、バンドギャップの異なるアクティブ
ガイド層とパッシブガイド層を１回の結晶成長で光伝搬
導波方向に連続して形成している。
【０００８】図６は選択成長マスクのマスク幅とＩｎＧ
ａＡｓＰの波長組成との関係を示すものであるが、マス
ク幅が広くなるとＩｎの結晶中への取り込み率が増大
し、バンドギャップエネルギーが小さくなることを利用
している。この原理を利用し、光伝搬方向でマスク幅を
変化させることにより１回の成長でアクティブガイド層
とパッシブガイド層を連続して形成することができる。
ａＡｓＰの波長組成との関係を示すものであるが、マス
ク幅が広くなるとＩｎの結晶中への取り込み率が増大
し、バンドギャップエネルギーが小さくなることを利用
している。この原理を利用し、光伝搬方向でマスク幅を
変化させることにより１回の成長でアクティブガイド層
とパッシブガイド層を連続して形成することができる。
【０００９】従って、本発明による半導体ゲート型光ス
イッチではアクティブガイド層とパッシブガイド層が光
伝搬方向に連続して形成されており、パッシブ導波路領
域を伝搬してきた光が完全にアクティブ導波路領域に進
入するため、ゲートオン時の光増幅量は大きく、また不
要な被電流注入領域を持たないため、注入電流を少なく
することができる。アクティブガイド層およびパッシブ
ガイド層は有機金属気相成長法を用い、一度の結晶成長
で同時に形成しているため簡単な製造工程であり、再現
性・歩留まりを向上させことができる。また、エッチン
グを用いない製造方法であるので、ガイド層に側壁荒れ
が生じないため散乱損失等が生じず、必要な注入電流量
の増大を防ぐことができる。
イッチではアクティブガイド層とパッシブガイド層が光
伝搬方向に連続して形成されており、パッシブ導波路領
域を伝搬してきた光が完全にアクティブ導波路領域に進
入するため、ゲートオン時の光増幅量は大きく、また不
要な被電流注入領域を持たないため、注入電流を少なく
することができる。アクティブガイド層およびパッシブ
ガイド層は有機金属気相成長法を用い、一度の結晶成長
で同時に形成しているため簡単な製造工程であり、再現
性・歩留まりを向上させことができる。また、エッチン
グを用いない製造方法であるので、ガイド層に側壁荒れ
が生じないため散乱損失等が生じず、必要な注入電流量
の増大を防ぐことができる。
【００１０】
【実施例】以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。
る。
【００１１】図１は本発明による第１の実施例である半
導体ゲート型光スイッチのゲート部と分岐・合波導波路
との集積部分の斜視図（図１（ａ））及び、２×２マト
リクス光スイッチのマトリクス構成図（図１（ｂ））で
ある。ゲート部７では、ｎ−ＩｎＰ基板１上に１．３μ
ｍ組成ＩｎＧａＡｓアクティブガイド層３、ｐ−ＩｎＰ
クラッド層４、ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層５、Ａｕ／
Ｔｉメタル層６が積層され、合波・分岐導波路部８で
は、ｎ−ＩｎＰ基板１上に１．１５μｍ組成ＩｎＧａＡ
ｓＰパッシブガイド層２、Ｐ−ＩｎＰクラッド層４、ｐ
−ＩｎＧａＡｓキャップ層５、Ａｕ／Ｔｉメタル層６が
積層された構造となっている。このように、波長組成
１．３μｍのアクティブガイド層３からなる光アンプを
ゲートとするゲート領域と、波長組成１．１５μｍのパ
ッシブガイド層２からなる分岐・合波同波路領域が同一
基板上に集積されており、アクティブガイド層とパッシ
ブガイド層は導波方向に連続して形成された構造となっ
ている。
導体ゲート型光スイッチのゲート部と分岐・合波導波路
との集積部分の斜視図（図１（ａ））及び、２×２マト
リクス光スイッチのマトリクス構成図（図１（ｂ））で
ある。ゲート部７では、ｎ−ＩｎＰ基板１上に１．３μ
ｍ組成ＩｎＧａＡｓアクティブガイド層３、ｐ−ＩｎＰ
クラッド層４、ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層５、Ａｕ／
Ｔｉメタル層６が積層され、合波・分岐導波路部８で
は、ｎ−ＩｎＰ基板１上に１．１５μｍ組成ＩｎＧａＡ
ｓＰパッシブガイド層２、Ｐ−ＩｎＰクラッド層４、ｐ
−ＩｎＧａＡｓキャップ層５、Ａｕ／Ｔｉメタル層６が
積層された構造となっている。このように、波長組成
１．３μｍのアクティブガイド層３からなる光アンプを
ゲートとするゲート領域と、波長組成１．１５μｍのパ
ッシブガイド層２からなる分岐・合波同波路領域が同一
基板上に集積されており、アクティブガイド層とパッシ
ブガイド層は導波方向に連続して形成された構造となっ
ている。
【００１２】まず、本発明による半導体ゲート型光スイ
ッチの製造方法を図３を用いながら説明する。図３
（ａ）に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板上１に熱化学気相
堆積法（熱ＣＶＤ法）によってＳｉＯ2 膜２１を１００
０Ａ（オングストローム）程度堆積する。この後図３
（ｂ）の平面図の示す平面図のように、ＳｉＯ2 膜３１
を通常のフォトリソグラフィ工程を用いて選択成長マス
ク３２のストライプ形状に加工する。選択成長用のＳｉ
Ｏ2 マスク３２のマスク幅は、アクティブガイド層を形
成するための幅３０μｍのゲート部７とパッシブガイド
層を形成するための幅５μｍの分岐・合波導波路部８の
２種類が連続して形成されてている。ゲート部７の長さ
は５００μｍ程度、また、選択成長用マスクの空隙３３
は１μｍ程度である。
ッチの製造方法を図３を用いながら説明する。図３
（ａ）に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板上１に熱化学気相
堆積法（熱ＣＶＤ法）によってＳｉＯ2 膜２１を１００
０Ａ（オングストローム）程度堆積する。この後図３
（ｂ）の平面図の示す平面図のように、ＳｉＯ2 膜３１
を通常のフォトリソグラフィ工程を用いて選択成長マス
ク３２のストライプ形状に加工する。選択成長用のＳｉ
Ｏ2 マスク３２のマスク幅は、アクティブガイド層を形
成するための幅３０μｍのゲート部７とパッシブガイド
層を形成するための幅５μｍの分岐・合波導波路部８の
２種類が連続して形成されてている。ゲート部７の長さ
は５００μｍ程度、また、選択成長用マスクの空隙３３
は１μｍ程度である。
【００１３】この後、図３（ｃ）に示すように有機金属
気相成長法（ＭＯ−ＶＰＥ法）を用いアンドープＩｎＧ
ａＡｓＰガイド層を厚さ２０００Ａ程度成長する。この
とき、ゲート部７の空隙３３には波長組成１．３μｍの
ＩｎＧａＡｓＰアクティブガイド層３が、合波分岐導波
路の領域８の空隙３３には波長組成１．１５μｍのＩｎ
ＧａＡｓＰパッシブガイド層２が形成される。この後、
通常のフォトリソグラフィ工程を用いて選択成長用Ｓｉ
Ｏ2 マスク３２の空隙３３の幅を広げる。空隙３３の幅
は７μｍ程度である。この後ｐ−ＩｎＰクラッド層４２
およびｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層５をＭＯ−ＶＰＥ法
を用いて成長する。ｐ−ＩｎＰクラッド層４の厚さは１
μｍ程度、ｐ−ＩｎＧａＡｓ５の厚さは２０００Ａ程度
である。
気相成長法（ＭＯ−ＶＰＥ法）を用いアンドープＩｎＧ
ａＡｓＰガイド層を厚さ２０００Ａ程度成長する。この
とき、ゲート部７の空隙３３には波長組成１．３μｍの
ＩｎＧａＡｓＰアクティブガイド層３が、合波分岐導波
路の領域８の空隙３３には波長組成１．１５μｍのＩｎ
ＧａＡｓＰパッシブガイド層２が形成される。この後、
通常のフォトリソグラフィ工程を用いて選択成長用Ｓｉ
Ｏ2 マスク３２の空隙３３の幅を広げる。空隙３３の幅
は７μｍ程度である。この後ｐ−ＩｎＰクラッド層４２
およびｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層５をＭＯ−ＶＰＥ法
を用いて成長する。ｐ−ＩｎＰクラッド層４の厚さは１
μｍ程度、ｐ−ＩｎＧａＡｓ５の厚さは２０００Ａ程度
である。
【００１４】この後、図３（ｄ）に示すように通常のフ
ォトリソグラフィ工程を用いて分岐・合波導波路部８の
ｐ型ＩｎＧａＡｓキャップ層５を除去する。最後に、ゲ
ート部７のｐ型ＩｎＧａＡｓ３の上にＡｕ／Ｔｉメタル
層６を電子ビーム蒸着法（ＥＢ法）を用いて形成する。
選択成長用マスク３２はこの後、除去してもしなくても
良い。こうして図１（ａ）の光スイッチが完成する。
ォトリソグラフィ工程を用いて分岐・合波導波路部８の
ｐ型ＩｎＧａＡｓキャップ層５を除去する。最後に、ゲ
ート部７のｐ型ＩｎＧａＡｓ３の上にＡｕ／Ｔｉメタル
層６を電子ビーム蒸着法（ＥＢ法）を用いて形成する。
選択成長用マスク３２はこの後、除去してもしなくても
良い。こうして図１（ａ）の光スイッチが完成する。
【００１５】以上が本発明による半導体ゲート型スイッ
チの構造及び製造方法の第１の実施例である。本発明に
よる半導体ゲート型光スイッチの注入電流が小さくかつ
再現性・歩留まりに優れる製造方法である原理を以下に
述べる。本発明による半導体ゲート型光スイッチでは、
アクティブガイド層とパッシブガイド層が連続して形成
されている。従って、パッシブ導波路領域を伝搬してき
た光が完全にアクティブ導波路領域に進入するため、ゲ
ートオン時の光増幅量は大きく、また不要な被注入電流
領域を持たないため、注入電流を少なくすることができ
る。アクティブガイド層とパッシブガイド層はＭＯ−Ｖ
ＰＥ法を用い、一度の結晶成長で同時に形成している。
この形成方法は、ＭＯ−ＶＰＥ法においてＩｎＧａＡｓ
Ｐ若くしはＩｎＧａＡｌＡｓ４元ガイド層の波長組成の
マスク幅依存性を利用するものである。このためアクテ
ィブガイドとパシブガイド層を２度の結晶成長工程に分
けて成長する場合に比べて簡単な製造工程であり、再現
性・歩留まりを向上させることができる。また、エッチ
ングを用いない製造方法であるので、ガイド層に側壁荒
れ等が生じないため散乱損失等が生じず、必要な注入電
流量の増大を防ぐことができる。
チの構造及び製造方法の第１の実施例である。本発明に
よる半導体ゲート型光スイッチの注入電流が小さくかつ
再現性・歩留まりに優れる製造方法である原理を以下に
述べる。本発明による半導体ゲート型光スイッチでは、
アクティブガイド層とパッシブガイド層が連続して形成
されている。従って、パッシブ導波路領域を伝搬してき
た光が完全にアクティブ導波路領域に進入するため、ゲ
ートオン時の光増幅量は大きく、また不要な被注入電流
領域を持たないため、注入電流を少なくすることができ
る。アクティブガイド層とパッシブガイド層はＭＯ−Ｖ
ＰＥ法を用い、一度の結晶成長で同時に形成している。
この形成方法は、ＭＯ−ＶＰＥ法においてＩｎＧａＡｓ
Ｐ若くしはＩｎＧａＡｌＡｓ４元ガイド層の波長組成の
マスク幅依存性を利用するものである。このためアクテ
ィブガイドとパシブガイド層を２度の結晶成長工程に分
けて成長する場合に比べて簡単な製造工程であり、再現
性・歩留まりを向上させることができる。また、エッチ
ングを用いない製造方法であるので、ガイド層に側壁荒
れ等が生じないため散乱損失等が生じず、必要な注入電
流量の増大を防ぐことができる。
【００１６】図２は本発明による第２の実施例である半
導体ゲート型光スイッチのゲート部と分岐・合波導波路
との集積部分の斜視図図２（ａ）とＡ−Ａ’での断面図
図２（ｂ）及び、２×２マトリクス光スイッチのマトリ
クス構成図図２（ｃ）である。ゲート部２８では、ｎ−
ＩｎＰ基板２１上に１．３μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰアク
ティブガイド層２３、ｐ−ＩｎＰ第１クラッド層２４、
ｐ−ＩｎＰ第２クラッド層２５、ｐ−ＩｎＧａＡｓキャ
ップ層２６、Ａｕ／Ｔｉメタル層２７が積層され、合波
・分岐導波路部２９では、ｎ−ＩｎＰ基板２１上に１．
１５μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰパッシブガイド層２２、ｐ
−ＩｎＰ第１クラッド層２４、ｐ−ＩｎＰ第２クラッド
層２５、ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層２６、Ａｕ／Ｔｉ
メタル層２７が積層された構造となっている。ここで
は、第１の実施例とは違い、分岐・合波導波路領域はい
わゆるストリップローデッド型導波路となっている。
導体ゲート型光スイッチのゲート部と分岐・合波導波路
との集積部分の斜視図図２（ａ）とＡ−Ａ’での断面図
図２（ｂ）及び、２×２マトリクス光スイッチのマトリ
クス構成図図２（ｃ）である。ゲート部２８では、ｎ−
ＩｎＰ基板２１上に１．３μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰアク
ティブガイド層２３、ｐ−ＩｎＰ第１クラッド層２４、
ｐ−ＩｎＰ第２クラッド層２５、ｐ−ＩｎＧａＡｓキャ
ップ層２６、Ａｕ／Ｔｉメタル層２７が積層され、合波
・分岐導波路部２９では、ｎ−ＩｎＰ基板２１上に１．
１５μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰパッシブガイド層２２、ｐ
−ＩｎＰ第１クラッド層２４、ｐ−ＩｎＰ第２クラッド
層２５、ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層２６、Ａｕ／Ｔｉ
メタル層２７が積層された構造となっている。ここで
は、第１の実施例とは違い、分岐・合波導波路領域はい
わゆるストリップローデッド型導波路となっている。
【００１７】まず、本発明による半導体ゲート型光スイ
ッチの製造方法を図４を用いながら説明する。図４
（ａ）に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板上に熱化学気相堆
積法（熱ＣＶＤ法によって）ＳｉＯ2 膜３１を１０００
Ａ程度堆積する。この後図４（ｂ）の平面図に示すよう
に、ＳｉＯ2 膜３１を通常のフォトリソフラフィ工程を
用いて第１のＳｉＯ2 のマスク４２の形状に加工する。
第１のＳｉＯ2 マスク４２は、アクティブガイド層を形
成するゲート部２８の領域のみに幅３０μｍで形成され
ている。ゲート部２８の長さは５００μｍ程度、また、
選択成長用マスクの空隙４３は１μｍ程度である。
ッチの製造方法を図４を用いながら説明する。図４
（ａ）に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板上に熱化学気相堆
積法（熱ＣＶＤ法によって）ＳｉＯ2 膜３１を１０００
Ａ程度堆積する。この後図４（ｂ）の平面図に示すよう
に、ＳｉＯ2 膜３１を通常のフォトリソフラフィ工程を
用いて第１のＳｉＯ2 のマスク４２の形状に加工する。
第１のＳｉＯ2 マスク４２は、アクティブガイド層を形
成するゲート部２８の領域のみに幅３０μｍで形成され
ている。ゲート部２８の長さは５００μｍ程度、また、
選択成長用マスクの空隙４３は１μｍ程度である。
【００１８】この後、有機金属気相成長法（ＭＯ−ＶＰ
Ｅ法）を用い図４（ｃ）に示すようにアンドープＩｎＧ
ａＡｓＰガイド層、ｐ−ＩｎＰ第１クラッド層２４をそ
れぞれ厚さ２０００Ａ程度成長する。このとき、ゲート
部２８の空隙４３は波長組成１．３μｍのＩｎＧａＡｓ
Ｐアクティブガイド層２３が、合波分岐導波路の領域の
空隙４３には波長組成１．１５μｍのＩｎＧａＡｓＰパ
ッシブガイド層２２が形成される。この後、一度ＳｉＯ
2 膜３１を除去した後再び全面にＳｉＯ2 膜３１を堆積
し、図４（ｄ）の平面図に示すように第２のＳｉＯ2 マ
スク４４形状に加工する。マスクの空隙は、７μｍであ
る。この後ｐ−ＩｎＰ第２クラッド層２５およびｐ型Ｉ
ｎＧａＡｓキャップ層２６をＭＯ−ＶＰＥ法を用いて成
長する。ｐ−ＩｎＰ第２クラッド層２５の厚さは１μｍ
程度、ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層の厚さは２０００Ａ
程度である。
Ｅ法）を用い図４（ｃ）に示すようにアンドープＩｎＧ
ａＡｓＰガイド層、ｐ−ＩｎＰ第１クラッド層２４をそ
れぞれ厚さ２０００Ａ程度成長する。このとき、ゲート
部２８の空隙４３は波長組成１．３μｍのＩｎＧａＡｓ
Ｐアクティブガイド層２３が、合波分岐導波路の領域の
空隙４３には波長組成１．１５μｍのＩｎＧａＡｓＰパ
ッシブガイド層２２が形成される。この後、一度ＳｉＯ
2 膜３１を除去した後再び全面にＳｉＯ2 膜３１を堆積
し、図４（ｄ）の平面図に示すように第２のＳｉＯ2 マ
スク４４形状に加工する。マスクの空隙は、７μｍであ
る。この後ｐ−ＩｎＰ第２クラッド層２５およびｐ型Ｉ
ｎＧａＡｓキャップ層２６をＭＯ−ＶＰＥ法を用いて成
長する。ｐ−ＩｎＰ第２クラッド層２５の厚さは１μｍ
程度、ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層の厚さは２０００Ａ
程度である。
【００１９】この後、図４（ｅ）に示すように通常のフ
ォトリソグラフィ工程を用いて分岐・合波導波路部２５
のｐ型ＩｎＧａＡｓキャップ層２６を除去する。最後
に、ゲート部２８のｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層２６の
上にＡｕ／Ｔｉメタル層２７を電子ビーム蒸着法（ＥＢ
法）を用いて形成する。ＳｉＯ2 膜は除去してもしなく
ても良い。こうして図２（ａ）の光スイッチが完成す
る。
ォトリソグラフィ工程を用いて分岐・合波導波路部２５
のｐ型ＩｎＧａＡｓキャップ層２６を除去する。最後
に、ゲート部２８のｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層２６の
上にＡｕ／Ｔｉメタル層２７を電子ビーム蒸着法（ＥＢ
法）を用いて形成する。ＳｉＯ2 膜は除去してもしなく
ても良い。こうして図２（ａ）の光スイッチが完成す
る。
【００２０】以上が本発明による半導体ゲート型光スイ
ッチの構造及び製造方法の第２の実施例である。本発明
による半導体ゲート型光スイッチの注入電流が小さくか
つ再現性・保留まりに優れる製造方法である原理を以下
に述べる。第１の実施例と同様に、本発明による半導体
ゲート型光スイッチでは、アクティブガイド層とパッシ
ブガイド層が連続して形成されている。従って、パッシ
ブ導波路領域を伝搬してきた光が完全にアクティブ導波
路領域に進入するため、ゲートオン時の光増幅量は大き
く、また不要な被電流注入領域を持たないため、注入電
流を少なくすることができる。アクティブガイド層とパ
ッシブガイド層はＭＯ−ＶＰＥ法を用い、一度の結晶成
長で同時に形成している。この形成方法は、ＭＯ−ＶＰ
Ｅ法においてＩｎＧａＡｓＰ若くしはＩｎＧａＡｌＡｓ
４元ガイド層の波長組成のマスク幅依存性を利用するも
のである。このためアクティブガイド層とパッシブガイ
ド層を２度の結晶成長工程に分けて成長する場合に比べ
簡単な製造工程であり、再現性・歩留まりを向上させる
ことができる。また、エッチングを用いない製造方法で
あるので、ガイド層に側壁荒れが生じないため散乱損失
等が生じず、必要な注入電流量の増大を防ぐことができ
る。
ッチの構造及び製造方法の第２の実施例である。本発明
による半導体ゲート型光スイッチの注入電流が小さくか
つ再現性・保留まりに優れる製造方法である原理を以下
に述べる。第１の実施例と同様に、本発明による半導体
ゲート型光スイッチでは、アクティブガイド層とパッシ
ブガイド層が連続して形成されている。従って、パッシ
ブ導波路領域を伝搬してきた光が完全にアクティブ導波
路領域に進入するため、ゲートオン時の光増幅量は大き
く、また不要な被電流注入領域を持たないため、注入電
流を少なくすることができる。アクティブガイド層とパ
ッシブガイド層はＭＯ−ＶＰＥ法を用い、一度の結晶成
長で同時に形成している。この形成方法は、ＭＯ−ＶＰ
Ｅ法においてＩｎＧａＡｓＰ若くしはＩｎＧａＡｌＡｓ
４元ガイド層の波長組成のマスク幅依存性を利用するも
のである。このためアクティブガイド層とパッシブガイ
ド層を２度の結晶成長工程に分けて成長する場合に比べ
簡単な製造工程であり、再現性・歩留まりを向上させる
ことができる。また、エッチングを用いない製造方法で
あるので、ガイド層に側壁荒れが生じないため散乱損失
等が生じず、必要な注入電流量の増大を防ぐことができ
る。
【００２１】さらに、本実施例では分岐・合波導波路が
ストリップローデッド型になっており、横方向の光の閉
じ込めが大きく、合波・分岐導波路の曲線部での放射損
失が生じにくい構造であり、ゲートに注入すべき電流を
さらに低減することができる。
ストリップローデッド型になっており、横方向の光の閉
じ込めが大きく、合波・分岐導波路の曲線部での放射損
失が生じにくい構造であり、ゲートに注入すべき電流を
さらに低減することができる。
【００２２】尚、本発明は使用光を１．３μｍとしてい
たがもちろん他の波長でも良く、例えば１．５５μｍに
対する構造・製造方法でも本発明は適用可能である。
たがもちろん他の波長でも良く、例えば１．５５μｍに
対する構造・製造方法でも本発明は適用可能である。
【００２３】
【発明の効果】以上述べたように、本発明による半導体
ゲート型光スイッチは注入電流が少なくてすむ。また、
本発明による製造方法は簡単な製造方法であり、再現性
・歩留りを向上させることができる。
ゲート型光スイッチは注入電流が少なくてすむ。また、
本発明による製造方法は簡単な製造方法であり、再現性
・歩留りを向上させることができる。
【図１】本発明の第１の実施例である半導体ゲート型光
スイッチの構造を示す斜視図（ａ）及びマトリクス構成
図（ｂ）である。
スイッチの構造を示す斜視図（ａ）及びマトリクス構成
図（ｂ）である。
【図２】本発明の第２の実施例である半導体ゲート型光
スイッチの構造を示す斜視図（ａ）及び断面図（ｂ）と
マトリクス構成図（ｃ）である。
スイッチの構造を示す斜視図（ａ）及び断面図（ｂ）と
マトリクス構成図（ｃ）である。
【図３】本発明の第１の実施例である半導体ゲート型光
スイッチの製造方法の工程図である。
スイッチの製造方法の工程図である。
【図４】本発明の第２の実施例である半導体ゲート型光
スイッチの製造方法の工程図である。
スイッチの製造方法の工程図である。
【図５】従来の半導体ゲート型光スイッチを示す図で、
（ａ）は層構造、（ｂ）はマトリクス構造を示す。
（ａ）は層構造、（ｂ）はマトリクス構造を示す。
【図６】ＭＯ−ＶＰＥ選択成長技術においてマスクの幅
と結晶成長の波長組成の関係を示す図である。
と結晶成長の波長組成の関係を示す図である。
１ ｎ−ＩｎＰ基板 ２ １．１５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰパッシブガイド層 ３ １．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰアクティブガイド層 ４ ｐ−ＩｎＰクラッド層 ５ ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層 ６ Ａｕ／Ｔｉメタル層 ７ ゲート部 ８ 合波・分岐導波路部 ２１ ｎ−ＩｎＰ基板 ２２ １．１５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰパッシブガイド層 ２３ １．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰアクティブガイド層 ２４ ｐ−ＩｎＰ第１クラッド層 ２５ ｐ−ＩｎＰ第２クラッド層 ２６ ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層 ２７ Ａｕ／Ｔｉメタル層 ２８ ゲート部 ２９ 合波・分岐導波路部 ３１ ＳｉＯ2 膜 ３２ ＳｉＯ2 マスク ４２ 第１のＳｉＯ2 マスク ４３ 第２のＳｉＯ2 マスク ５１ 第１のアンドープ半導体ガイド層 ５２ 第２のアンドープ半導体ガイド層 ５８ ゲート部 ５９ 合波・分岐導波路部
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−114133（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−37092（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−303982（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−80617（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−21904（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−211228（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−291780（ＪＰ，Ａ) 電子情報通信学会論文誌，ＶＯＬ．Ｊ 75−Ｃ−▲Ｉ▼ ＮＯ．５ Ｐ．387− Ｐ．395 （1992年５月25日発行) ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＣＲＹＳＴＡ Ｌ ＧＲＯＷＴＨ，ＶＯＬ．107 Ｐ. 151−Ｐ．155 （1991) ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥ ＲＳ，ＶＯＬ．27 ＮＯ．23 Ｐ．2138 −Ｐ．2140 （1991年11月７日発行) 1993年電子情報通信学会春季大会講演 論文集 第４分冊 通信・エレクトロニ クス Ｐ．４−188 （1993年３月15日 発行) ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥ ＲＳ，ＶＯＬ．28 ＮＯ．８ Ｐ．776 −Ｐ．778 （1992年４月９日発行) 1992年電子情報通信学会秋季大会講演 論文集 第４分冊 通信・エレクトロニ クス Ｐ．４−167 （1992年９月15日 発行)
Claims (4)
- 【請求項１】 導伝型半導体基板上に少なくとも、前記
半導体基板より屈折率の高いＩｎＧａＡｓＰ半導体バル
クガイド層と、前記ＩｎＧａＡｓＰ半導体バルクガイド
層より屈折率の低い逆導伝型半導体クラッド層が積層さ
れ、前記ＩｎＧａＡｓＰ半導体バルクガイド層は、光伝
搬方向で少なくとも使用光の波長と同じ波長組成である
ＩｎＧａＡｓＰ半導体バルクガイド層かならるゲート
と、使用光の波長より短い波長組成であるＩｎＧａＡｓ
Ｐ半導体バルクガイド層からなる受動導波路とを構成
し、かつ、一括して成長した層であることを特徴とする
半導体ゲート型光スイッチ。 - 【請求項２】 導伝型半導体基板上に少なくとも、前記
半導体基板より屈折率の高いＩｎＧａＡｓＰ半導体バル
クガイド層と、前記ＩｎＧａＡｓＰ半導体バルクガイド
層より屈折率の低い逆導伝型半導体クラッド層が積層さ
れ、前記ＩｎＧａＡｓＰ半導体バルクガイド層は、光伝
搬方向で少なくとも使用光の波長と同じ波長組成である
ＩｎＧａＡｓＰ半導体バルクガイド層かならるゲート
と、使用光の波長より短い波長組成であるＩｎＧａＡｓ
Ｐ半導体バルクガイド層からなる合波・分岐光導波路と
を構成し、かつ、一括して成長した層であることを特徴
とする半導体マトリクス光スイッチ。 - 【請求項３】 半導体基板上に少なくとも誘電体膜を堆
積する工程と、該誘電体膜をストライプ幅が光ゲート部
で広く、受動導波路部で狭い一対のストライプ状マスク
に加工する工程と、前記一対のストライプ状マスクの空
隙部にＭＯＶＰＥ選択的結晶成長法によりＩｎＧａＡｓ
Ｐ半導体バルクガイド層を形成する工程と、前記一対の
ストライプ状マスクの空隙部の幅を広げる若くしは前記
ストライプ状マスクを除去した後に新たに一対のストラ
イプ状マスクを形成する工程と、再びＭＯＶＰＥ選択的
結晶成長法により該ストライプ状マスクの空隙部に半導
体埋め込み層若くしは半導体装荷層を形成する工程と、
光ゲート部に電流注入の為の電極を形成する工程とを含
むとを特徴とする半導体ゲート型光スイッチの製造方
法。 - 【請求項４】 半導体基板上に少なくとも誘電体膜を堆
積する工程と、該誘電体膜をストライプ幅が光ゲート部
で広く、合波・分岐光導波路部で狭い一対のストライプ
状マスクに加工する工程と、前記一対のストライプ状マ
スクの空隙部にＭＯＶＰＥ選択的結晶成長法によりＩｎ
ＧａＡｓＰ半導体バルクガイド層を形成する工程と、前
記一対のストライプ状マスクの空隙部の幅を広げる若く
しは前記ストライプ状マスクを除去した後に新たに一対
のストライプ状マスクを形成する工程と、再びＭＯＶＰ
Ｅ選択的結晶成長法により該ストライプ状マスクの空隙
部に半導体埋め込み層若くしは半導体装荷層を形成する
工程と、光ゲート部に電流注入の為の電極を形成する工
程とを含むとを特徴とする半導体マトリクス光スイッチ
の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5154042A JP2682379B2 (ja) | 1993-06-25 | 1993-06-25 | 半導体ゲート型光スイッチ又は半導体マトリクス光スイッチ及びその製造方法 |
| EP94100191A EP0606093B1 (en) | 1993-01-07 | 1994-01-07 | Semiconductor optical integrated circuits and method for fabricating the same |
| US08/179,049 US5565693A (en) | 1993-01-07 | 1994-01-07 | Semiconductor optical integrated circuits |
| DE69407312T DE69407312T2 (de) | 1993-01-07 | 1994-01-07 | Integrierte optische Halbleiteranordnung und Herstellungsverfahren |
| US08/400,570 US5770466A (en) | 1993-01-07 | 1995-03-08 | Semiconductor optical integrated circuits and method for fabricating the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5154042A JP2682379B2 (ja) | 1993-06-25 | 1993-06-25 | 半導体ゲート型光スイッチ又は半導体マトリクス光スイッチ及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0728005A JPH0728005A (ja) | 1995-01-31 |
| JP2682379B2 true JP2682379B2 (ja) | 1997-11-26 |
Family
ID=15575654
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5154042A Expired - Lifetime JP2682379B2 (ja) | 1993-01-07 | 1993-06-25 | 半導体ゲート型光スイッチ又は半導体マトリクス光スイッチ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2682379B2 (ja) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2656432B1 (fr) * | 1989-12-22 | 1992-03-20 | Thomson Csf | Procede de realisation d'un dispositif optoelectronique amplificateur, dispositif obtenu par ce procede et applications a des dispositifs optoelectroniques divers. |
| JP2849190B2 (ja) * | 1990-09-05 | 1999-01-20 | 日本電信電話株式会社 | 光スイッチ |
| JPH04291780A (ja) * | 1991-03-20 | 1992-10-15 | Fujitsu Ltd | 半導体発光装置 |
| JP2754957B2 (ja) * | 1991-07-10 | 1998-05-20 | 日本電気株式会社 | 半導体光制御素子およびその製造方法 |
-
1993
- 1993-06-25 JP JP5154042A patent/JP2682379B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (6)
| Title |
|---|
| １９９２年電子情報通信学会秋季大会講演論文集 第４分冊 通信・エレクトロニクス Ｐ．４−１６７ （１９９２年９月１５日発行） |
| １９９３年電子情報通信学会春季大会講演論文集 第４分冊 通信・エレクトロニクス Ｐ．４−１８８ （１９９３年３月１５日発行） |
| ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ，ＶＯＬ．２７ ＮＯ．２３ Ｐ．２１３８−Ｐ．２１４０ （１９９１年１１月７日発行） |
| ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ，ＶＯＬ．２８ ＮＯ．８ Ｐ．７７６−Ｐ．７７８ （１９９２年４月９日発行） |
| ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＣＲＹＳＴＡＬ ＧＲＯＷＴＨ，ＶＯＬ．１０７ Ｐ．１５１−Ｐ．１５５ （１９９１） |
| 電子情報通信学会論文誌，ＶＯＬ．Ｊ７５−Ｃ−▲Ｉ▼ ＮＯ．５ Ｐ．３８７−Ｐ．３９５ （１９９２年５月２５日発行） |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0728005A (ja) | 1995-01-31 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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