JPH01152403A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、面透過型で面内集積に適する光増幅。

光変調、光スィッチもしくは光記録等の光演算機能を有
する半導体装置を提供するもので、産業上広く用いられ
る光計測、光情報処理および画像処理の分野に広く用い
られるものである。

従来の技術 従来の光スィッチをはじめとする光変調や光双安定素子
等の半導体装置の構造（たとえば６１年秋季応用物理学
会予稿集ｐ１９１）は、機能に対する活性領域を多くす
るのに有効な光導波路構造であフ、光の入出力は装置面
内方向である。一方、従来の透過型半導体装置は並列処
理、集積に適するが、機能に対する活性領域が小さいた
め、実用的な特性が得られていない。

第７図は上記引用文献に掲載された光スイツチ用素子の
斜視図である。矢印方向に光が入出射される。４．６は
各々ｐ−電極、ｎ−電極である。

３　ページ ６は光入力（Ｐｌｎ）、７は光出力（Ｐｏｕｔ）である
。

１６はｐ−ＩｎＧ＠Ａｓ　、　１７はｐ　−Ｉ　ｎＡ７
Ａｓ、、　１　ＢはＩ’ｎＧａＡｓ／Ｉ’ｎＡ７Ａｓ　
多層量子井戸層、１９はｎ−ＩｎＡＪｇＡｓである。　
　　・ 発明が解決しようとする問題点 従来の技術においては、導波路構造の場合、光信号が半
導体装置面内で伝播するため、半導体装置面内では集積
できないので、光の特徴を生かした並列処理に適さない
。また、透過型半導体装置は面内集積に適するが、信号
の入力光が、機能に対する活性領域が、高く数μｍと非
常に狭い活性効果が十分でなく実用に帰さない。

本発明は、このような従来の問題点を解決し、光スィッ
チ、光変調あるいは光記録等の光演算機能効果が大きく
、かつ面丙集積並列処理可能な半導体装置を提供するも
のである。

問題点を解決するだめの手段 本発明は、活性機能領域として光導波路構造を用い、光
の入出力を半導体装置基板面に対して垂直方向にするた
め、当該光導波路の前後に一対の平行に傾斜せる反射面
を導入するものである。

作、用 本発明による一対の平行に傾斜せる反射面の導入は光増
幅、光変調、光スィッチあるいは光記録等の機能活性領
域に光導波降を用いながら、光入出力の方向を前記光導
波路を含むがもしくは平行な半導体装置基板面に垂直に
交換し、半導体装置に対し、光入出力を透過型とするこ
とにより、前記機能活体゛効果が大きく、優れた特性の
光増幅。

光変調、光スィッチおよび光記録等の光演算処理を面内
並列で行うことを可能とする大きな作用がある。

実施例 第１図および第５図により素子構造、第２図から第４図
により動作原理及び実際の動作特性結果を説明する。ま
た、第６図により実際の素子製造手順を説明する。

第１図に示すように、光増幅、光変調、光スィッチおよ
び光記録等の光演算の機能を有し、素子の基板面に平行
な光導波路１および前記基板面に５″−／゛ 対し傾斜せる互いに平行な一対の反射面２をもつ構造で
あり、入力光（Ｐｉｎ）６が入射復温１の反射面２によ
り反射し、光導波路１へ導入され、出射復温２の反射面
２′により反射し、出力光取出窓孔３よシ、出力光（Ｐ
ｏｕｔ）７が出射する。

光スイツチング動作を第２図から第４図で説明する。ｐ
電極４、ｎ電極５間に逆バイアス電圧ＶＢ＝５ｖとパル
ス電圧を重畳印加する（第２図ａ）と第２図すに示すよ
うに、光入力パワーＰｉｎを一定としだ時パルス電圧に
対応して光パルスが出力パワーＰ。ｕｔ　として得られ
る。この時の消光比は３０ｄＢである。まだ損失は約３
ｄＢでちゃ、損失の原因は光入力６の光導波路１の結合
によるものが殆んどであると考えられる。まだ、第３図
は逆バイアス電圧■８を印加している時の光入力パワー
に対する光出力パワーの変化の測定結果である。

Ｐ　以上のパワーで吸収が飽和している。このパワーの
非線性特性を用いて、ＡＮＤ演算の実験を行ったところ
第４図のような結果が得られた。光入力Ｐ　として２つ
のＰ　／２よシやや強いパルス６　ページ 光信号Ｐ１（ａ）とＰ２（ｂ）を重ねると（Ｃ）に示す
ように光出力Ｐ。Ｕ、が得られる。いずれの場合でも、
光入力は、反射面上で１ｏμｍ以内のスポット径に絞る
必要がある。全ての素子での動作確認を行っていないが
、１チツプ（１５αＸ　２０　ｃｍ　）は５０Ｘ５０合
計２５ｏＯ素子より構成されておシ１２５０の並列処理
が、できる。

さらに、第５図には、各傾斜反射面にＳ　１０２膜１３
およびＡｕ膜１４を付着させたものであり、これによシ
、光入力が直接光出力取出窓へ出射することがないため
、全ての傾斜１反射面へ光を入力することが可能となり
、１チツプの並列処理能力は２倍となり、この実施例で
は２５００である。

本実施例より、さらに、パターンを細くし光入力位置を
正確に制御することにより、よシ高密度の並列処理が可
能となる。また、光の入出力を完全に素子基板面に垂直
化することが実用上値しいのでエツチング技術の工夫に
より、傾斜角を素子基板面に対し４５°であるのが良い
。さらに、光入力の光導波路１への入射効率、即ち結合
効率を上７へ一ゾ けるために、光導波路１の入射点に焦点をもつ凹面鏡反
射面が良い。

次に、第６図（ａ）〜（ｄ）により、実施例の素子作成
に関する具体的手順を説明する。なお、第１図および第
５図と共通する素子には同一番号を付している。

第６図Ｃａ）に示すように、（１００）ｎ型ＩｎＰ（以
下ｎ−ＩｎＰと記す）基板９上にｎ　−Ｉ　ｎＧａＡｓ
　Ｐ　８　。

ｎ−ＩｎＰｌ２を順次成長した後、光導波路１を形成す
る。光導波路１は多層量子井戸層として、アンドープＩ
　ｎＧａＡｓ　Ｐ　１−１　、アンドーグＩｎＰ１−２
を交互に各々５０層積層して形成される。ＩｎＧａＡｓ
Ｐの組成はＩｎＰと格子定数が整合し、禁制帯幅が波長
換算で１．３μｍのものである。しかる後、ｐ−ＩｎＰ
ｌ　１　、　ｐ−ＩｎＧａ・ＡｓＰｌｏを順次成長する
。

次に、第６図（ｂ）および（ｂ）′に示すように、パタ
ーン形成を行ってｎ−ＩｎＰ層１２までエツチングし、
３００μｍ間隔、幅５μｍのストライプを作成後、Ｆｅ
　ドープＩｎＰ層１３によシ、前記ストライプを埋込み
表面を平坦化し、多層量子井戸光導波路１を作成する。

この後第６図（Ｃ）および（Ｃ）′に示すように、前記
光導波路とは垂直方向に巾５μｍ。

間隔２５０μｍのパターニングを行い、エツチングによ
り片側垂直１片側４５°傾斜のストライプ溝を形成する
。

次にＩｎＰ基板ａの裏面に全面電極６を形成した後、埋
込まれた光導波路１と前記エツチング溝との各交点位置
に相当するＩｎＰ基板９の裏面上の位置に半径１０μｍ
のスポットパターンを形成、エツチングによｐｎ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ層８まで到達する穴、出力光取出窓孔３を作
成する。最後に、エツチング溝によって区切られる各導
波路毎にｐ電極４のパターンを形成する。エツチング溝
片側４５゜傾斜面ｑを反射面として用いる。第６図＠）
は光入力６として２個の光信号を用いた場合のアンド演
算実行結果を示す。

なお、本実施例では、波長１．３μｍを用いて行ったが
、長波長帯の他の波長や、他の材料系を選ぶことによシ
、他の波長域での動作でも同様であることは明白である
。さらに、実施例では、多層９ページ 量子井戸光導波路による光スィッチおよび光演算素子の
集積であるが、半導体基板に平行な光導波路構造をもつ
素子、例えば、タンデム型光双安定導波路への適用も同
様の効果を持たらすのは、云うまでも々いことである。

発明の効果 本発明は、光増幅、光変調、光スィッチおよび光記録等
の光演算機能の特性が高性能な光導波路型素子を、装置
基板面に対し、光入出力方向を透過−型に変換する重大
な効果を持たらして、これにより面内集積を可能にし、
さらに高密度に集積可能する方法及びその具体的構造を
提供するもので、光による高密度並列処理を可能ならし
め、画像処理および光コンピュータ等の光情報処理、計
測。

光演算分野に格段の効果を持たらす。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の半導体装置の構成図、第２
図から第４図は同装置の動作説明図、第６図は本発明の
異なる実施例の半導体装置の構成図、第６図は第１図に
示す半導体装置の製造過程１０ベーノ 図、第７図は従来例の光スイッチ間素子の構成を示す斜
視図である。 １・・・・・・先導波路、２・・・・・・傾斜反射面、
３・・・・・・出力光取出窓孔、４・・・・・・ｐ電極
、５・・・・・・ｎ電極、６・・・・・・入力光、７・
・・・・・出力光。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図　　　　　３− 一光溝波路 ・−傾斜反射面 一田力光取出突起 −Ｐ電極 −ｎ電極 一人力光（Ｐｉｎ） 一田力光（Ｐｏｕｔ） 第３図 Ｐｏｕｔ 第４図 ハ ５図 石−

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）装置基板面に平行な光導波路と、前記装置基板面
   に対して垂直に入射せる光を前記光導波路に導入し、か
   つ前記光導波路よりの出力光を前記装置基板面に対して
   前記入射方向とは反対側に垂直出射せしめるための、前
   記装置基板面に対して傾斜せる互いに平行な一対の光反
   射面とを有することを特徴とする半導体装置。
2. （２）装置基板面に対しての傾斜角が４５°である一対
   の反射面を有することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の半導体装置。
3. （３）一対の光反射面の各々において、その表裏の一方
   を装置基板面より垂直に入射光を装置基板面に平行な光
   導波路へ導入するための反射面として、また他方を前記
   光導波路とは別の光導波路よりの出力光を前記装置基板
   面に対して垂直に出射せしめるための反射面として用い
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体
   装置。