JPH02228633A - Semiconductor optical switch and its production - Google Patents

Semiconductor optical switch and its production

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Publication number
JPH02228633A
JPH02228633A JP5084689A JP5084689A JPH02228633A JP H02228633 A JPH02228633 A JP H02228633A JP 5084689 A JP5084689 A JP 5084689A JP 5084689 A JP5084689 A JP 5084689A JP H02228633 A JPH02228633 A JP H02228633A
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JP
Japan
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layer
type
waveguide
cladding layer
waveguide layer
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Pending
Application number
JP5084689A
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Japanese (ja)
Inventor
Shigeru Semura
滋 瀬村
Tadatoshi Tanifuji
谷藤 忠敏
Fumihiko Ito
文彦 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp, Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

PURPOSE:To provide an excellent small-loss characteristic and to perform optical switching independent upon wavelength by forming a waveguide layer as a low carrier layer interposed between a semiconductor substrate having a high carrier concentration and a clad layer and interposing the waveguide layer between areas having a low refractive index. CONSTITUTION:A waveguide layer 6 is vertically interposed between a lower clad layer 4 of first conductive type and an upper clad layer 8 of second conductive type, which have an inhibition zone larger than that of the layer 6, to have a double hetero structure. A low-refractive index area is generated in a part of the waveguide layer 6 by the plasma effect, and incident light is totally reflected on the boundary independently of the wavelength. The waveguide layer 6 is the low carrier layer interposed between upper and lower clad layers 8 and 4 and is interposed between areas having a low refractive index, and the carrier injection area is limited by a low resistance area 14 and an electric current block area 4a to reduce the loss, thereby performing the optical switching of high extinction ratio. Thus, a semiconductor optical switch is obtained which has the small-loss characteristic improved and is independent of the wavelength.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体光スイッチの製造方法に係り、特に半導
体光導波路層から構成され、光通信や光情報処理に不可
欠な光路の切替えを行なう半導体光スイッチに関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor optical switch, and particularly to a semiconductor optical switch that is composed of a semiconductor optical waveguide layer and that switches optical paths essential for optical communication and optical information processing. Regarding optical switches.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の光スイッチにおいては、光伝送媒質の音響光学効
果による光の偏光を用いたもの、媒質の電気光学効果に
よる光の偏光を用いたもの、方向性結合器の結合係数を
電気光学効果により変えるもの、方向結合器と光位相変
調器を組み合わせたものなどがある。しかし、これらの
いずれも導波路として低損失特性、低漏話特性、高速性
などの導波形スイッチの基本特性をすべて満足するもの
ではない。こうした問題点を解決するものとして、導波
路層にキャリアを注入してその屈折率を低下させ、この
屈折率変化を光スイッチに利用する提案が成されている
Conventional optical switches include those that use polarization of light due to the acousto-optic effect of the optical transmission medium, those that use polarization of light due to the electro-optic effect of the medium, and those that use the electro-optic effect to change the coupling coefficient of a directional coupler. There are also devices that combine a directional coupler and an optical phase modulator. However, none of these waveguides satisfy all the basic characteristics of a waveguide switch, such as low loss characteristics, low crosstalk characteristics, and high speed. As a solution to these problems, proposals have been made to inject carriers into the waveguide layer to lower its refractive index and to utilize this change in refractive index for optical switches.

例えば特開昭60−173519号に示される半導体光
スイッチにおいては、ノンドープのInGa As P
光導波路層がこれよりも禁止帯が大きL1n型1nP基
板とn型1nPグラッド層とに挟まれたいわゆるダブル
へテロ構造を有し、このダブルへテロ構造のp−n接合
に順方向に電流を流し、In Ga A5 P光導波路
層にキャリアを注入するようになっている。そして、こ
のInGaAsP光導波路層におけるプラズマ効果によ
って屈折率を低下させている。しかし、上記特開昭60
−173519号の半導体光スイッチにおいては、損失
がまだ充分には改善されてなく、また用途も限定されて
いた。
For example, in the semiconductor optical switch shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-173519, non-doped InGaAsP
The optical waveguide layer has a so-called double hetero structure sandwiched between an L1n-type 1nP substrate and an n-type 1nP grading layer with a larger forbidden band than this, and current flows in the forward direction in the p-n junction of this double heterostructure. to inject carriers into the InGaA5P optical waveguide layer. The refractive index is lowered by the plasma effect in this InGaAsP optical waveguide layer. However, the above JP-A-60
In the semiconductor optical switch of No. 173519, the loss has not yet been sufficiently improved, and its applications are also limited.

また、例えば特開昭60−134219号に示される半
導体光スイッチにおいては、InP基板と、このInP
基板上に順に積層したInGaAs P層およびInP
層からなる超格子層と、この超格子層上のInPグラッ
ド層とを有し、この超格子層に電流を流してキャリアを
注入するようになっている。そして、この超格子層にお
けるバンドフィリング効果によって光の吸収端波長をシ
フトさせる。こうして、クラマースークロニツヒ(Kr
aIIers−Kronlg )の関係により吸収端波
長近傍の屈折率を低下させている。しかし上記特開昭6
0−134219号の半導体光スイッチにおいては、損
失がまだ充分には改善されてなく、さらに適用可能な光
の波長が半導体のバンドギャップエネルギーEgにほぼ
一致するように限定されるという波長依存性があり、用
途も限定されていた。
Furthermore, for example, in a semiconductor optical switch shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-134219, an InP substrate and an InP
InGaAs P layer and InP layered in order on the substrate
It has a superlattice layer consisting of layers and an InP grading layer on the superlattice layer, and carriers are injected by passing a current through the superlattice layer. Then, the absorption edge wavelength of light is shifted by the band filling effect in this superlattice layer. Thus, Kr.
The refractive index in the vicinity of the absorption edge wavelength is lowered due to the relationship: aIIers-Kronlg). However, the above-mentioned Japanese Patent Publication No. 6
In the semiconductor optical switch of No. 0-134219, the loss has not yet been sufficiently improved, and furthermore, the wavelength dependence that the applicable wavelength of light is limited to approximately match the bandgap energy Eg of the semiconductor is a problem. Yes, and its uses were limited.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

このように従来の半導体光スイッチは、低損失特性を充
分に満足させるものではなく、また波長依存性を有する
ものもある等の問題があった。
As described above, conventional semiconductor optical switches do not fully satisfy low loss characteristics, and some have wavelength dependence, among other problems.

そこで本発明は、低損失特性を向上させ、かつ波長依存
性のない半導体光スイッチ及び歩留よくその半導体光ス
イッチを製造する方法を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor optical switch with improved low loss characteristics and no wavelength dependence, and a method for manufacturing the semiconductor optical switch with high yield.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明による半導体光スイッチは、一面に第1の電極が
形成された第1導電型の半導体基板と、前記半導体基板
の他面上に形成される第1導電型の下部クラッド層と、
前記下部クラッド層上に形成され、禁止帯が前記下部ク
ララード層のそれより小さくかつキャリア濃度が低い導
波路層と、前記導波路層上に形成され、禁止帯が前記導
波路層、のそれより大きくかつキャリア濃度が高い第2
導電型の上部クラッド層と、前記導波路層及び前記上下
クラッド層の両側に設けられ、禁止帯が前記導波路層の
それより大きい埋め込み層と、前記上部クラッド層の一
部に形成された低抵抗領域と、前記上部クラッド層の低
抵抗領域上に形成された第2の電極と、前記光導波路層
の下側の前記下部クラッド層中であって、前記低抵抗領
域の下方のみで電流を流すように形成されている電流ブ
ロック領域とを含み、 前記第1の電極と前記第2の電極との間に印加する電圧
により、前記上部クラッド層の前記低抵抗領域と前記電
流ブロック領域の形成部分を除いた領域を通って前記導
波路層の所定の領域にキャリアを注入することを特徴と
する 更に本発明の半導体光スイッチの製造方法では、第1導
電型の半導体基板上に下部クラッド層となる第1導電型
の第1のエピタキシャル層を形成する第1の工程と、前
記第1のエピタキシャル層の所定の領域に電流ブロック
領域となる高抵抗領域を形成する第2の工程と、前記第
1のエピタキシャル層上に禁止帯が前記半導体基板のそ
れより小さくかつキャリア濃度が低い第2のエピタキシ
ャル層を成長させる第3の工程と、前記第2のエピタキ
シャル層上に、禁止帯が前記第2のエピタキシャル層の
それより大きくかつキャリア濃度が高い第2導7u型の
第3のエピタキシャル層を成長させる第4の工程と、前
記第2および第3のエピタキシャル層を選択的にエツチ
ングして、前記第2のエピタキシャル層からなる導波路
層およびこの導波路層上の前記第3のエピタキシャル層
からなる上部クラッド層をそれぞれ形成する第5の工程
と、前記導波路層および前記上部クラッド層の両側に、
禁止帯が前記導波路層のそれより大きい埋め込み層を形
成する第6の工程と、前記上部クラッド層の一部に低抵
抗領域を形成する第7の工程と、前記クラッド層の前記
低抵抗領域上に第1の電極を形成すると共に、前記半導
体基板の底面上に第2の電極を形成する第6の工程とを
含むことを特徴とする。
A semiconductor optical switch according to the present invention includes: a first conductivity type semiconductor substrate having a first electrode formed on one surface; a first conductivity type lower cladding layer formed on the other surface of the semiconductor substrate;
a waveguide layer formed on the lower cladding layer and having a forbidden band smaller than that of the lower cladding layer and having a lower carrier concentration; and a waveguide layer formed on the waveguide layer and having a forbidden band lower than that of the waveguide layer. The second one is large and has a high carrier concentration.
a conductive type upper cladding layer; a buried layer provided on both sides of the waveguide layer and the upper and lower cladding layers and having a forbidden band larger than that of the waveguide layer; A resistance region, a second electrode formed on a low resistance region of the upper cladding layer, and a current in the lower cladding layer below the optical waveguide layer, only below the low resistance region. forming the low resistance region of the upper cladding layer and the current blocking region by applying a voltage between the first electrode and the second electrode; Furthermore, in the method for manufacturing a semiconductor optical switch of the present invention, which is characterized in that carriers are injected into a predetermined region of the waveguide layer through a region except for a portion of the waveguide layer, a lower cladding layer is formed on a semiconductor substrate of a first conductivity type. a first step of forming a first epitaxial layer of a first conductivity type, a second step of forming a high resistance region to serve as a current blocking region in a predetermined region of the first epitaxial layer; a third step of growing a second epitaxial layer having a forbidden band smaller than that of the semiconductor substrate and a lower carrier concentration on the first epitaxial layer; a fourth step of growing a third epitaxial layer of the second conductive 7u type which is larger than that of the second epitaxial layer and has a higher carrier concentration; and selectively etching the second and third epitaxial layers; a fifth step of forming a waveguide layer made of the second epitaxial layer and an upper cladding layer made of the third epitaxial layer on this waveguide layer; and both sides of the waveguide layer and the upper cladding layer. To,
a sixth step of forming a buried layer whose forbidden band is larger than that of the waveguide layer; a seventh step of forming a low resistance region in a part of the upper cladding layer; and a seventh step of forming a low resistance region of the cladding layer. A sixth step of forming a first electrode on the bottom surface of the semiconductor substrate and forming a second electrode on the bottom surface of the semiconductor substrate is included.

〔作用〕[Effect]

本発明の半導体光スイッチによれば、導波路層がその禁
止帯よりも大きな禁止帯を有する第1導電型の下部クラ
ッド層と第2導電型の上部クラッド層とに上下から挟ま
れたダブルへテロ構造となっていることによって、プラ
ズマ効果により導波路層の一部に低屈折領域を生じさせ
、その境界において入射光をその波長に依存することな
く全反射させる。また、導波路層が上下クラッド層に挟
まれた低キヤリア層であり、かつ両側を低屈折領域によ
り挟まれ、更にキャリア注入領域を低抵抗領域及び電流
ブロック領域により限定することにより、損失を減少さ
せる。これによって、消光比の高い光スイッチングが行
なわれる。
According to the semiconductor optical switch of the present invention, the waveguide layer is formed into a double layer sandwiched from above and below between a lower cladding layer of the first conductivity type and an upper cladding layer of the second conductivity type, each having a forbidden band larger than that of the waveguide layer. Due to the terrorist structure, a low refraction region is generated in a part of the waveguide layer due to the plasma effect, and the incident light is totally reflected at the boundary without depending on its wavelength. In addition, the waveguide layer is a low carrier layer sandwiched between the upper and lower cladding layers, and is sandwiched by low refractive regions on both sides, and the carrier injection region is further limited by the low resistance region and the current blocking region to reduce loss. let As a result, optical switching with a high extinction ratio is performed.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明を図示する実施例に基づいて具体的に説明
する。
Hereinafter, the present invention will be specifically described based on illustrated embodiments.

第1図は本発明の第1の実施例の半導体光スイッチの断
面を示す断面図、第2図はfj41図に示す半導体光ス
イッチの平面を示す平面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a cross section of a semiconductor optical switch according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view showing a plane of the semiconductor optical switch shown in FIG. fj41.

第1図において、例えばキャリア濃度2×1018co
I−3のn+型Ga As基板2上に、キャ9ア濃度l
X10cm、厚さ2μmのn 型AI  Ga   A
s  (x−0,1)下部クラッドx   1−x 層4が形成されている。このn 型AlGa As下部
クラッド層4上にはキャリア濃度1×1015Qll−
3のn−型Ga As導波路層6が形成されている。そ
してこのn 型Ga As導波路層6上には、キャリア
濃度1×10 cln 、厚さ1μmのp+型AfIC
;a   As  (x−0,1)クラッド層x   
   1−x 8が形成されている。このようにして、禁止帯が小さい
n−型Ga As導波路層6がこれよりも禁止帯が大き
いn+型Ail Ga As下部クラッド層4とp+型
All Ga Asクラッド層8とに上下から挟まれた
、いわゆるダブルへテロ構造が形成されている。
In FIG. 1, for example, the carrier concentration is 2×10 18 co
On the n+ type GaAs substrate 2 of I-3, the carrier concentration l
x10cm, thickness 2μm n-type AI Ga A
s (x-0,1) lower cladding x 1-x layer 4 is formed. On this n-type AlGaAs lower cladding layer 4, there is a carrier concentration of 1×1015Qll-
Three n-type GaAs waveguide layers 6 are formed. On this n-type GaAs waveguide layer 6, a p+-type AfIC with a carrier concentration of 1×10 cln and a thickness of 1 μm is disposed.
;a As (x-0,1) cladding layer x
1-x8 is formed. In this way, the n-type GaAs waveguide layer 6, which has a small forbidden band, is sandwiched from above and below between the n+-type Ail Ga As lower cladding layer 4, which has a larger forbidden band, and the p+-type All GaAs cladding layer 8. In addition, a so-called double heterostructure is formed.

p+型An Ga Asクラッド層8上にはキャリア 
 −3 ア濃度IXIQc+n%厚さ1μmのn型GaAsコン
タクト層10が形成されている。また、n−型Ga A
s導波路層6、p 型AN Ga Asクラッド層8お
よびn型Ga Asコンタクト層10の両側には、i型
AI  Ga   As(xmx   1−x 0.02)埋め込み層12が形成されている。
Carriers are formed on the p+ type An Ga As cladding layer 8.
An n-type GaAs contact layer 10 having a thickness of 1 .mu.m with a concentration of -3 a concentration IXIQc+n% is formed. In addition, n-type Ga A
An i-type AI GaAs (xmx 1-x 0.02) buried layer 12 is formed on both sides of the s-waveguide layer 6, the p-type AN GaAs cladding layer 8, and the n-type GaAs contact layer 10.

更に下部クラッド層4の1部には第1図に示すように高
抵抗領域である電流ブロック領域4aが形成されている
Furthermore, a current blocking region 4a, which is a high resistance region, is formed in a part of the lower cladding layer 4, as shown in FIG.

第1図および第2図に示されるように、p+型Aff 
Ga Asクラッド層8の一半部には、例えば亜鉛(Z
n )が添加されて抵抗が低くなっている低抵抗領域1
4が形成されている。そして電流ブロック領域4aは、
第1図に示すように、この低抵抗領域14の下方部分に
は設けられていない。
As shown in FIGS. 1 and 2, p+ type Aff
For example, zinc (Z
Low resistance region 1 where resistance is lowered by adding n )
4 is formed. And the current block area 4a is
As shown in FIG. 1, it is not provided in the lower portion of this low resistance region 14.

また、n型Ga Asコンタクト層10およびi型fi
、l Ga As埋め込み層12上には、厚さ1000
Aのシリコン窒化膜(S13N4膜)16および厚さ2
00OAのシリコン酸化膜(S iO2膜)18が堆積
されている。そしてp+型AD Ga Asクラッド層
8の低抵抗領域10上方のシリコン窒化[16およびシ
リコン酸化膜18に窓明けされたコンタクトホールを介
してn型Ga Asコンタクト層10に接続されたCr
/Au電極20が形成されている。さらに、n 型Ga
 As基板2の底面上にもAu Ge /Nl/Au7
13極22が形成されている。
In addition, an n-type GaAs contact layer 10 and an i-type fi
, l On the GaAs buried layer 12, a thickness of 1000 nm is formed.
A silicon nitride film (S13N4 film) 16 and thickness 2
A silicon oxide film (SiO2 film) 18 of 00OA is deposited. Then, the silicon nitride layer 16 above the low resistance region 10 of the p+ type AD GaAs cladding layer 8 and the Cr layer connected to the n-type GaAs contact layer 10 through a contact hole opened in the silicon oxide film 18 are formed.
/Au electrode 20 is formed. Furthermore, n-type Ga
Au Ge /Nl/Au7 is also formed on the bottom surface of the As substrate 2.
Thirteen poles 22 are formed.

第2図に示されるように、n″″型Ga As導波路層
6においては、導波路幅Wを有する2本の導波路24.
26が交差角2θで交差している。すなわち、p 型A
D Ga Asクラッド層8における低抵抗領域14と
それ以外の相対的に抵抗の高い領域との境界に対して、
それぞれ反対方向に交差角θで交差している。そして、
導波路24は入射ボート28および出射ボート30を有
し、また導波路26は入射ボート32および出射ボート
34を有している。
As shown in FIG. 2, in the n'''' type GaAs waveguide layer 6, two waveguides 24.
26 intersect at an intersection angle of 2θ. That is, p type A
D With respect to the boundary between the low resistance region 14 and other relatively high resistance regions in the GaAs cladding layer 8,
They intersect in opposite directions at intersecting angles θ. and,
Waveguide 24 has an input boat 28 and an output boat 30, and waveguide 26 has an input boat 32 and an output boat 34.

次に、上記第1の実施例の装置の動作を説明する。Next, the operation of the apparatus of the first embodiment will be explained.

Cr/Au電極20とAu Ge /Nl /Au電極
22との間に所定の電圧を加え、p+型AlGa As
クラッド層8、n″″型Ga As導波路層6、および
n 型AlGa As下部クラッド層4からなるダブル
へテロ構造のp−n接合に順方向に電流を流すと、キャ
リアが注入される。ただし、p+型AI Ga Asク
ラッド層8の一半部に低抵抗領域14が形成されている
ため、この低抵抗領域14を通ってn 型Ga As導
波路6の一半部にのみこのキャリアの注入がなされる。
A predetermined voltage is applied between the Cr/Au electrode 20 and the Au Ge /Nl /Au electrode 22 to form a p+ type AlGaAs
When current is passed in the forward direction through the pn junction of the double heterostructure consisting of the cladding layer 8, the n'''' type GaAs waveguide layer 6, and the n type AlGaAs lower cladding layer 4, carriers are injected. However, since the low resistance region 14 is formed in one half of the p+ type AI Ga As cladding layer 8, the carriers are injected only into one half of the n type GaAs waveguide 6 through this low resistance region 14. It will be done.

更に、下部クラッド層4内に形成した電流ブロック領域
4aにより低抵抗領域14の下方部のみからキャリアが
注入される。従って、低抵抗領域14下方に位置しない
n−型Ga As導波路層6の他の一半部にはキャリア
は注入されない。すなわち、p+型AD Ga Asク
ラッド層8に形成された低抵抗領域14及び下部クラッ
ド層4内に形成した電流ブロック領域4aは、キャリア
の注入を所定の領域に制限すると共に、この制限によっ
てキャリアの注入効率を高めている。
Furthermore, carriers are injected only from the lower part of the low resistance region 14 by the current blocking region 4a formed in the lower cladding layer 4. Therefore, carriers are not injected into the other half of the n-type GaAs waveguide layer 6 that is not located below the low resistance region 14. That is, the low resistance region 14 formed in the p+ type AD Ga As cladding layer 8 and the current blocking region 4a formed in the lower cladding layer 4 limit the injection of carriers to a predetermined region, and due to this restriction, the injection of carriers is Improving injection efficiency.

このようにして、n″″型Ga As導波路層6の一半
部にのみキャリアが注入され、かつそこに閉じ込められ
るため、プラズマ効果によってその部分の誘電率が低下
し、屈折率が低下する。従って、n 型Ga As導波
路層6は、互いに屈折率の異なる2領域に分割される。
In this way, carriers are injected into only one half of the n'''' type GaAs waveguide layer 6 and confined there, so that the dielectric constant of that portion is lowered by the plasma effect and the refractive index is lowered. Therefore, the n-type GaAs waveguide layer 6 is divided into two regions having mutually different refractive indexes.

いま、第2図に示されるように、導波路24の入射ボー
ト28から入射した光は、Cr/Au電極20とAu 
Ge /Ni /Au電極22との間に電圧が加えられ
ていない場合には、n″″型GaAs導波路層6を通っ
て導波路24の出射ボート30へ進行する。しかし、C
r/Auff1極20とAu Ge /N1 /Au電
極22との間に所定の電圧が加えられ、n−型Ga A
s導波路層6の一半部の屈折率が低下する場合には、そ
の屈折率変化率をΔn、導波路24.26の屈折率をn
、n−型Ga As導波路層6における互いに屈折率の
異なる2領域の境界と導波路24との交差角をθとする
と、 θく90°−s i n−’(1+Δn/n)の関係を
満足するとき、導波路24の入射ボート28から入射し
た光は出射ボート30へは進行せず、n−型Ga As
導波路層6の互いに屈折率の異なる2領域の境界におい
て全反射されて、導波路26の出射ボート34へ進行す
る。このようにして、入射光に対するスイッチングが行
われることになる。
Now, as shown in FIG. 2, the light incident from the input boat 28 of the waveguide 24 passes through the Cr/Au electrode 20 and
When no voltage is applied between the Ge /Ni /Au electrode 22 , the light passes through the n″″ type GaAs waveguide layer 6 to the output boat 30 of the waveguide 24 . However, C
A predetermined voltage is applied between the r/Auff1 pole 20 and the Au Ge /N1 /Au electrode 22, and the n-type Ga A
When the refractive index of one half of the s waveguide layer 6 decreases, the refractive index change rate is Δn, and the refractive index of the waveguide 24.26 is n.
, where θ is the intersection angle between the waveguide 24 and the boundary between two regions with different refractive indexes in the n-type GaAs waveguide layer 6, the relationship is θ×90°−s i n−′ (1+Δn/n). When the following is satisfied, the light incident from the input boat 28 of the waveguide 24 does not proceed to the output boat 30, and the light enters the waveguide 24 as n-type GaAs.
The light is totally reflected at the boundary between two regions of the waveguide layer 6 having different refractive indexes, and travels to the output boat 34 of the waveguide 26 . In this way, switching for incident light is performed.

この第1の実施例により製造される半導体スイッチにお
いては、n″″型Ga As導波路層6のキャリア濃度
がI X 1015c+n−3と低くなっているため、
自由キャリア吸収が低く抑えられ、光吸収による損失が
少ない。また、p+型AN Ga Asクラッド層8の
キャリア濃度はI X 1018cm−”と高いため、
キャリアが注入されたn−型Ga As導波路層6全体
でプラズマ効果が起こり、キャリアが注入されたn−型
Ga As導波路層6の一半部における屈折率の低下が
一層急俊になる。そして、p+型AI Ga Asクラ
ッド層8は高キャリアであっても、光が余り入らないた
めに光吸収による損失は少ない。
In the semiconductor switch manufactured according to the first embodiment, the carrier concentration of the n'''' type GaAs waveguide layer 6 is as low as I x 1015c+n-3;
Free carrier absorption is suppressed to a low level, and loss due to light absorption is small. Furthermore, since the carrier concentration of the p+ type AN GaAs cladding layer 8 is as high as I x 1018 cm-'',
A plasma effect occurs in the entire n-type GaAs waveguide layer 6 into which carriers are injected, and the refractive index decreases more rapidly in a portion of the n-type GaAs waveguide layer 6 into which carriers are injected. Even if the p+ type AI Ga As cladding layer 8 has a high carrier content, the loss due to light absorption is small because not much light enters the p+ type AI Ga As cladding layer 8.

また、n−型GaAs導波路層6における横方向の光の
閉込めは、n−型Ga As導波路層6をリッジ形にす
ることによってではなく、その両側をn″″型Ga A
s導波路層6よりも禁止帯が大きい、すなわち低屈折率
のi型AI Ga As埋め込み層12に挟まれる構造
とすることによって行なっているために、n−型Ga 
As導波路層6側壁における光損失は少ない。
Further, the confinement of light in the lateral direction in the n-type GaAs waveguide layer 6 is not achieved by making the n-type GaAs waveguide layer 6 ridge-shaped, but by forming n″″-type GaA on both sides thereof.
This is achieved by having a structure sandwiched between the i-type AI GaAs buried layer 12, which has a larger forbidden band than the s-waveguide layer 6, that is, has a low refractive index.
Optical loss on the side walls of the As waveguide layer 6 is small.

さらにまた、キャリア注入により屈折率が低下するプラ
ズマ効果を用いているため、n−型GaAs導波路層6
の禁止帯幅より小さいエネルギーの光に対して広くスイ
ッチング作用が可能になる。
Furthermore, since the plasma effect in which the refractive index decreases due to carrier injection is used, the n-type GaAs waveguide layer 6
This makes it possible to perform a wide switching action on light with energy smaller than the forbidden band width.

すなわち波長依存性がなくなる。例えば第1の実施例に
おいては、導波路層にGa Asを用いているために、
その禁止帯幅0.9μmより長波長の光に対して使用す
ることができ、光通信において通常に使用する1、3μ
m帯を充分にカバーすることができる。
In other words, wavelength dependence is eliminated. For example, in the first embodiment, since GaAs is used for the waveguide layer,
It can be used for light with a wavelength longer than the forbidden band width of 0.9 μm, and is 1.3 μm, which is normally used in optical communications.
It can sufficiently cover the m band.

なお、上記第1の実施例による装置においては、導波路
層6が低キヤリア濃度のn″″型Ga Asがら形成さ
れているが、その導電型はn−型に限らず、例えば低キ
ヤリア濃度のp−型GaAs′Pi形Ga Asから形
成されてもよい。ただし、電子よりホールの方が光吸収
が大きいため、p−型よりもn 型の方が望ましい。
In the device according to the first embodiment, the waveguide layer 6 is formed of n'' type GaAs with a low carrier concentration, but its conductivity type is not limited to the n-type. p-type GaAs'Pi-type GaAs. However, since holes absorb more light than electrons, n-type is more desirable than p-type.

また、n 型Ga As導波路層6をダブル・\テロ構
造に挟む下部クラッド層4およびクラッド層8はそれぞ
れn 型およびp 型AllGa Asの組合わせにな
っているが、どれらの導電型が入れ替わって、p 型A
I Ga As下部クラッド層およびn 型AD Ga
 Asクラッド層の組合わせになってもよい。勿論この
場合には、基!i22はp+型Ga As基板となる。
Furthermore, the lower cladding layer 4 and the cladding layer 8, which sandwich the n-type GaAs waveguide layer 6 in a double/tero structure, are a combination of n-type and p-type AllGaAs, respectively, but it is unclear which conductivity type they have. Replaced, p type A
I GaAs lower cladding layer and n-type AD Ga
It may also be a combination of As cladding layers. Of course in this case, base! i22 is a p+ type GaAs substrate.

さらにまた、上記第1の実施例においては、Ga As
系の半導体により光スイッチが構成されているが、例え
ばInGaAs P系やInP系などその他の半導体を
用いても同様の構造の光スイッチを構成することができ
る。
Furthermore, in the first embodiment, GaAs
Although the optical switch is constructed using a semiconductor of the above-mentioned type, an optical switch having a similar structure can also be constructed using other semiconductors such as InGaAs P-based or InP-based semiconductors.

次に、本発明の第2の実施例の半導体光スイッチを説明
する。
Next, a semiconductor optical switch according to a second embodiment of the present invention will be described.

第3図は第2の実施例の半導体光スイッチの断面を示す
断面図、第4図はその平面を示す平面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing the cross section of the semiconductor optical switch of the second embodiment, and FIG. 4 is a plan view showing the plane thereof.

第3図において、例えばキャリア濃度2×1018、−
3のp+型Ga As p層42上に、キヤx′B−a リア濃度lX10c+n、厚さ2amのn 型AD  
Ga   As  (x=0.1)下部クラッドX  
 l−X 層44が形成されている。このn 型AN GaAs下
部クラッド層44上には、キャリア濃度1×1015C
I11−3のn−型Ga As導波路層46が形成され
ている。そしてこのn 型Ga As導波路層46上に
は、キャリア濃度lX10an  、厚さ1μmのp 
型AI  Ga   As(x−x   1−x 0.1)クラッド層48が形成されている。このように
して、禁止帯が小さいn″″型Ga As導波路層46
がこれよりも禁止帯が大きいn 型AfIGa As下
部クラッド層44とp 型AfIGaAsクラッド層4
8とに上下から挟まれた、いわゆるダブルへテロ構造が
形成されている。
In FIG. 3, for example, the carrier concentration is 2×1018, −
On the p+ type GaAs p layer 42 of No. 3, there is an n-type AD layer with a carrier x'B-a rear concentration lX10c+n and a thickness of 2 am.
Ga As (x=0.1) lower cladding X
A l-X layer 44 is formed. On this n-type AN GaAs lower cladding layer 44, there is a carrier concentration of 1×10 15 C.
An n-type GaAs waveguide layer 46 of I11-3 is formed. On this n-type GaAs waveguide layer 46, a p-type layer with a carrier concentration lX10an and a thickness of 1 μm
A type AI Ga As (x-x 1-x 0.1) cladding layer 48 is formed. In this way, the n″″ type GaAs waveguide layer 46 with a small forbidden band is formed.
The n-type AfIGaAs lower cladding layer 44 and the p-type AfIGaAs cladding layer 4 have larger forbidden bands than this.
A so-called double heterostructure is formed, which is sandwiched between the two from above and below.

そして、p”型AlGaAsクラッド層48上には、キ
ャリア濃度lX1Oc+n、厚さ1μmのn型Ga A
sコンタクト層50が形成されている。また、n−型G
a As導波路層46、p+型AN Ga Asクラッ
ド層48、およびn型GaAsコンタクト層50の両側
には、i型AgGaAs埋め込み層52が形成されてい
る。
Then, on the p'' type AlGaAs cladding layer 48, an n type Ga A layer with a carrier concentration lX1Oc+n and a thickness of 1 μm is formed.
An s-contact layer 50 is formed. Also, n-type G
An i-type AgGaAs buried layer 52 is formed on both sides of the a As waveguide layer 46, the p+-type AN GaAs cladding layer 48, and the n-type GaAs contact layer 50.

更に下部クラッド層44内の導波路層46の下側には高
抵抗領域である電流ブロック領域44aが第3図に示す
ように形成されている。
Furthermore, a current blocking region 44a, which is a high resistance region, is formed below the waveguide layer 46 in the lower cladding layer 44, as shown in FIG.

第3図および第4図に示されるように、p+型Aj! 
Ga Asクラッド層48の中央部には、例えば亜鉛が
添加されて抵抗が低くなっている低抵抗領域54が形成
されている。そして電流ブロック領域44aは、第3図
に示すように、この低抵抗領域54の下方部分には設け
られていない。そして、n型Ga Asコンタクト層5
0およびi型Ail Ga As埋め込み層52上には
、厚さ1000Aのシリコン窒化膜56および厚さ20
0OAのシリコン酸化膜58が堆積されている。そして
、p 型Afl Ga Asクラッド層48の低抵抗領
域54上方のシリコン窒化膜56およびシリコン酸化膜
58に窓明けされたコンタクトホールを介して、n型G
a Asコンタクト層5゜に接続されてAu Ge /
Nl /Au電極60が形成されている。さらに、n 
型Ga As基板42の底面上にもCr / A u 
電極62が形成されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, p+ type Aj!
A low-resistance region 54 is formed in the center of the GaAs cladding layer 48 to which, for example, zinc is added and the resistance is lowered. The current block region 44a is not provided in the lower part of the low resistance region 54, as shown in FIG. Then, an n-type GaAs contact layer 5
A silicon nitride film 56 with a thickness of 1000A and a silicon nitride film 56 with a thickness of 20A are formed on the 0 and i type Ail Ga As buried layers 52.
A silicon oxide film 58 of 0OA is deposited. Then, an n-type G
a Au Ge / connected to As contact layer 5°
A Nl/Au electrode 60 is formed. Furthermore, n
Cr/Au is also formed on the bottom surface of the GaAs type substrate 42.
An electrode 62 is formed.

第4図に示されるように、n−型Ga As導波路層4
6においては、導波路幅Wを有する2本の″導波路64
.66が交差角2θで交差している。
As shown in FIG. 4, an n-type GaAs waveguide layer 4
6, two "waveguides 64 having a waveguide width W
.. 66 intersect at an intersection angle of 2θ.

すなわち、p+型AN Ga Asクラッド層48にお
ける低抵抗領域54とそれ以外の相対的に抵抗の高い領
域との境界に対して、それぞれ反対方向に交差角θで交
差している。そして、導波路64は入射ボート68およ
び出射ボート70を有し、また導波路66は入射ボート
72および出射ボート74を有している。
That is, they intersect the boundaries between the low resistance region 54 and other relatively high resistance regions in the p+ type AN Ga As cladding layer 48 in opposite directions at a crossing angle θ. The waveguide 64 has an input boat 68 and an output boat 70, and the waveguide 66 has an input boat 72 and an output boat 74.

次に、第2の実施例の装置の動作を説明する。Next, the operation of the device of the second embodiment will be explained.

この第2の実施例の装置の動作は、上記第1の実施例の
それとほとんど同じであるが、p+型An Ga As
クラッド層48の中央部に低抵抗領域54が形成されて
いるため、キャリアはp 型Aj)Ga Asクラッド
層48の低抵抗領域54を通ってn−型Ga As導波
路46の中央部にのみ注入される。更に、下部クラッド
層44内に形成された電流ブロック領域44aにより低
抵抗層54の下部の導波路層46の中央部にのみ限定さ
れる。従って、低抵抗領域54の下方に位置しないn−
型Ga As導波路層46の両側部にはキャリアは注入
されない。すなわち、p+型AgcaAsクラッド層4
8に形成された低抵抗領域54及び電流ブロック領域4
4aはキャリアの注入を所定の領域に制限すると共に、
この制限によってキャリアの注入効率を高めている。第
2の実施例においては、上記第1の実施例よりもキャリ
アの注入される領域の制限が大きいために、キャリアの
注入効率は一層高くなっている。
The operation of the device of this second embodiment is almost the same as that of the first embodiment, except that p+ type An Ga As
Since the low resistance region 54 is formed in the center of the cladding layer 48, carriers pass through the low resistance region 54 of the p-type GaAs cladding layer 48 and enter only the center of the n-type GaAs waveguide 46. Injected. Furthermore, the current blocking region 44a formed in the lower cladding layer 44 limits the current to only the central portion of the waveguide layer 46 below the low resistance layer 54. Therefore, n-
No carriers are injected into both sides of the GaAs waveguide layer 46. That is, the p+ type AgcaAs cladding layer 4
Low resistance region 54 and current block region 4 formed in 8
4a limits carrier injection to a predetermined region, and
This restriction increases carrier injection efficiency. In the second embodiment, the region into which carriers are injected is more limited than in the first embodiment, so that the carrier injection efficiency is even higher.

このようにして、n 型Ga As導波路層46の中央
部にのみキャリアが注入され、かつそこに閉じ込められ
るため、プラズマ効果によってその部分の誘電率が低下
し、屈折率が低下する。従って、n−型Ga As導波
路層46は、屈折率の異なる3領域に分割される。
In this way, carriers are injected only into the central part of the n-type GaAs waveguide layer 46 and are confined there, so that the dielectric constant of that part decreases due to the plasma effect, and the refractive index decreases. Therefore, the n-type GaAs waveguide layer 46 is divided into three regions having different refractive indexes.

いま、第4図に示されるように、導波路64の入射ボー
ト68から入射した光および導波路66の入射ボート7
2から入射した光は、Au Ge /Ni/Auff1
極60とCr/Au電極62との間に電圧が加えられて
いない場合には、n−型GaAs導波路層46を通って
それぞれ導波路64の出射ボート70および導波路66
の出射ボート74へ進行する。しかし、Au Ge /
Nt /Au電極60とCr/Au電極62との間に所
定の電圧が加えられ、n″″型Ga As導波路層46
の中央部の屈折率が低下する場合には、導波路64の入
射ボート68から入射した光は、n−型GaAs導波路
層46の互いに屈折率の異なる2領域の境界において全
反射されて、導波路66の出射ボート74へ進行し、ま
た同様にして導波路66の入射ボート72から入射され
た光は、導波路64の出射ボート70へ進行する。
Now, as shown in FIG. 4, the light incident from the input boat 68 of the waveguide 64 and the input boat 7 of the waveguide 66
The light incident from 2 is Au Ge /Ni/Auff1
When no voltage is applied between pole 60 and Cr/Au electrode 62, output ports 70 of waveguide 64 and waveguide 66 pass through n-type GaAs waveguide layer 46, respectively.
proceed to the launch boat 74. However, Au Ge/
A predetermined voltage is applied between the Nt/Au electrode 60 and the Cr/Au electrode 62, and the n″″ type GaAs waveguide layer 46
When the refractive index of the central part of the waveguide 64 decreases, the light incident from the input boat 68 of the waveguide 64 is totally reflected at the boundary between two regions of the n-type GaAs waveguide layer 46 having different refractive indexes, and Light that travels to the output boat 74 of the waveguide 66 and similarly enters from the input boat 72 of the waveguide 66 travels to the output boat 70 of the waveguide 64 .

このようにして、第2の実施例による半導体スイッチは
入射した光に対してスイッチング作用を行なうが、上記
第1の実施例が一方向からの入射光に対してのみスイッ
チング作用を行なう、いわゆる片方向スイッチであるの
に対し、この第2の実施例は二方向からの入射光に対し
てスイッチング作用を行なう、いわゆる双方向スイッチ
となっている。そして前述した第1の実施例における種
々の効果は、すべてこのm 2の実施例も有している。
In this way, the semiconductor switch according to the second embodiment performs a switching action on incident light, whereas the semiconductor switch according to the first embodiment performs a switching action only on incident light from one direction. In contrast to the directional switch, this second embodiment is a so-called bidirectional switch that performs a switching action on incident light from two directions. All of the various effects of the first embodiment described above also exist in this m2 embodiment.

なお、上記第2の実施例においては、導波路層46が低
キヤリア濃度のn−型Ga Asから形成されているが
、その導Tu型はn−型に限らず、例えばは低キヤリア
濃度のp−型Ga Asやi型Ga Asから形成され
てもよい。ただし、電子よりホールの方が光吸収が大き
いため、p−型よりもn−型の方が望ましい。
In the second embodiment, the waveguide layer 46 is formed of n-type GaAs with a low carrier concentration, but the Tu type is not limited to the n-type. It may be formed from p-type GaAs or i-type GaAs. However, since holes absorb more light than electrons, n-type is more desirable than p-type.

また、ロー型Ga As導波路層46をダブルへテロ構
造に挟む下部クラッド層44およびクラッド層48はそ
れぞれn+型およびp+型AN GaAsの組合わせに
なっているが、これらの導電型が入れ替わって、p 型
AI Ga As下部クラッド層およびn+型AΩGa
 Asクラッド層の組合わせになってもよい。さらにま
た、G a A s系の半導体により光スイッチが構成
されているが、例えばInGaAsP系やInP系など
その他の半導体を用いても同様の構造の光スイッチを構
成することができる。
Further, the lower cladding layer 44 and the cladding layer 48 which sandwich the low-type GaAs waveguide layer 46 in a double heterostructure are a combination of n+ type and p+ type AN GaAs, respectively, but their conductivity types are reversed. , p-type AI GaAs lower cladding layer and n+-type AΩGa
It may also be a combination of As cladding layers. Furthermore, although the optical switch is constructed using a GaAs-based semiconductor, an optical switch having a similar structure can also be constructed using other semiconductors such as InGaAsP-based or InP-based semiconductors.

次に、本発明の第1の実施例に係る半導体光スイッチの
製造方法を、第5図を用いて順次に説明する。
Next, a method for manufacturing a semiconductor optical switch according to a first embodiment of the present invention will be sequentially explained using FIG.

半導体基板として例えばキャリア濃度2×1018cI
11−3のn+型G a A s 基板2上に、キ+ 
IJア濃度lX10cm、厚さ2μmのn 型Ag G
a   As  (x−0,1)下部クラッドx   
   l−X 層4を成長させる。そして、次に、下部クラッド層4上
に後で形成する低抵抗領域の下方部分に相当する部分を
マスク層で覆い、H+を400Ke■で3×10 個/
cs+2の濃度にイオン注入し、電流ブロック領域4a
を形成する。この電流ブロック領域4aを形成する方法
としては、更に、Beイオンを400KeVでI×10
 個/c112の濃度でイオン注入したり、また亜鉛拡
散を行ったりしても形成することができる。そしてこの
n+型Ap Ga As下部クラッド層4上に、キヤリ
ア濃度1×10 印 、厚さ1μmのn−型Ga As
エピタキシャル層5を成長させる。さらにこのn″″型
Ga Asエピタキシャル層5上に、B  −8 キャリア濃度lX10cm  、厚さ1μmのp+型A
N  Ga 1.As  (x−0,1)層7を成長さ
せる。このようにして、禁止帯が小さいn 型Ga A
sエピタキシャル層5がこれよりも禁止帯が大きいn+
型AgGa As下部クラッド層4とp+型A、l? 
Ga Asエピタキシャル層7とに上下から挾まれた、
いわゆるダブルへテロ構造を形成する。
As a semiconductor substrate, for example, the carrier concentration is 2×1018 cI.
On the n+ type Ga As substrate 2 of 11-3,
IJA concentration lx10cm, thickness 2μm n-type Ag G
a As (x-0,1) lower cladding x
Grow l-X layer 4. Next, a portion corresponding to the lower part of the low resistance region to be formed later on the lower cladding layer 4 is covered with a mask layer, and H+ is 3×10/3×400Ke■.
Ions are implanted to a concentration of cs+2, and the current block region 4a is
form. As a method for forming this current blocking region 4a, further, Be ions are irradiated with I×10 at 400 KeV.
It can also be formed by ion implantation at a concentration of /c112 or by zinc diffusion. Then, on this n+ type Ap GaAs lower cladding layer 4, an n- type GaAs layer with a carrier concentration of 1×10 and a thickness of 1 μm is deposited.
Epitaxial layer 5 is grown. Furthermore, on this n″″ type GaAs epitaxial layer 5, a p+ type A layer with a B −8 carrier concentration of l×10 cm and a thickness of 1 μm is disposed.
N Ga 1. An As (x-0,1) layer 7 is grown. In this way, n-type Ga A with a small forbidden band
s epitaxial layer 5 has a larger forbidden band than n+
type AgGaAs lower cladding layer 4 and p+ type A, l?
sandwiched between the GaAs epitaxial layer 7 from above and below,
It forms a so-called double heterostructure.

そしてp 型AgGa Asエピタキシャル層7上に、
キャリア濃度lXl0CII+、厚さ1μmのn型Ga
 Asエピタキシャル層9を成長させる。
Then, on the p-type AgGaAs epitaxial layer 7,
Carrier concentration lXl0CII+, thickness 1 μm n-type Ga
An As epitaxial layer 9 is grown.

なお、これらn 型AN Ga As下部クラッド層4
、n−型Ga Asエピタキシャル層5、p+型AD 
Ga Asエピタキシャル層7およびn型GaAsエピ
タキシャル層9の各層は、OMVPE(有機金属気相エ
ピタキシャル)法を用いたエピタキシャル成長によって
格子整合して順次積層していく (第5図(a)参照)
Note that these n-type AN GaAs lower cladding layers 4
, n-type GaAs epitaxial layer 5, p+-type AD
The GaAs epitaxial layer 7 and the n-type GaAs epitaxial layer 9 are lattice-matched and stacked one after another by epitaxial growth using OMVPE (organic metal vapor phase epitaxial) method (see FIG. 5(a)).
.

次イで、n型Ga Asエピタキシャル層9上に、熱C
VD (化学的気相成長)法を用いてシリコン窒化膜8
2を堆積する(第5図(b)参照)。続いて、このシリ
コン窒化膜82上に、フォトリソグラフィ技術を用いて
、導波路幅W、交差角2θの交差導波路パターンのレジ
スト84を形成する(第5図(c)参照)。
In the next step, heat C is applied onto the n-type GaAs epitaxial layer 9.
Silicon nitride film 8 is grown using the VD (chemical vapor deposition) method.
2 (see FIG. 5(b)). Subsequently, a resist 84 having a cross waveguide pattern having a waveguide width W and a cross angle 2θ is formed on the silicon nitride film 82 using photolithography (see FIG. 5(c)).

このようにパターニングされたレジスト84をマスクと
してシリコン窒化膜82をエツチング除去した後、さら
にドライエツチング法を用いてn型Ga Asエピタキ
シャル層9、p 型AlGaAsエピタキシャル層7お
よびn−型Ga Asエピタキシャル層5のエツチング
をn  型AfIGaAs下部クラッド層4上面に達す
るまで行なう。
After removing the silicon nitride film 82 by etching using the patterned resist 84 as a mask, the n-type GaAs epitaxial layer 9, the p-type AlGaAs epitaxial layer 7 and the n-type GaAs epitaxial layer are further etched using a dry etching method. Etching step 5 is performed until the upper surface of n-type AfIGaAs lower cladding layer 4 is reached.

このドライエツチングの条件は、例えばBCRa:10
sec1M、  1. 5 P a、0 、 5 W 
/ am 2とする。
The dry etching conditions are, for example, BCRa: 10
sec1M, 1. 5 P a, 0, 5 W
/ am 2.

このドライエツチングによって、ロ 型Aff GaA
s下部クラッド層4上のn−型Ga As導波路層6、
このn−型Ga As導波路層6上のp+型AN Ga
 Asクラッド層8、およびこのp+型AN Ga A
sクラッド層8上のn型Ga Asコンタクト層10を
それぞれ形成する。その後、レジスト84を除去する(
第5図(d)参照)。
By this dry etching, Aff GaA
an n-type GaAs waveguide layer 6 on the s lower cladding layer 4;
p+ type AN Ga on this n- type GaAs waveguide layer 6
As cladding layer 8 and this p+ type AN Ga A
An n-type GaAs contact layer 10 is formed on each of the s-cladding layers 8. After that, the resist 84 is removed (
(See Figure 5(d)).

次いで、既にパターニングされているシリコンu化88
2をマスクとして、露出されたn 型AfIGa As
下部クラッド層4上にi型AgXGa   As  (
x−0,02)埋め込み層12を−X 埋め込み成長させる。このi型Ai)Ga As埋め込
み層12の埋め込み成長は、OMVPE法を用い、例え
ば基板温度Tsub:650℃、気圧10Torrの条
件において、n型Ga Asコンタクト層10上面の高
さに達するまで行なう。このようにして、n−型Ga 
As導波路層6、p 型AρG@ Asクラッド層8、
およびn型Ga Asコンタクト層10の両側を、1型
AN Ga As埋め込み層12によって挟むようにす
る(第5図(e)参照)。
Next, the already patterned silicon oxide 88
2 as a mask, the exposed n-type AfIGaAs
i-type AgXGaAs (
x-0,02) The buried layer 12 is grown by -X. The i-type Ai)GaAs buried layer 12 is grown using the OMVPE method under conditions such as a substrate temperature Tsub of 650° C. and an atmospheric pressure of 10 Torr until it reaches the height of the upper surface of the n-type GaAs contact layer 10. In this way, n-type Ga
As waveguide layer 6, p-type AρG@As cladding layer 8,
Both sides of the n-type GaAs contact layer 10 are sandwiched between 1-type AN GaAs buried layers 12 (see FIG. 5(e)).

次いで、シリコン窒化膜82を除去した後、i型AΩG
a As埋め込み層12およびn型GaAsコンタクト
層10上に、熱CVD法を用い、温度650℃、NH:
5.6Ω/min、S1H(4%)/N2 (96%)
:2.9j!/minの条件において、厚さ100OA
のシリコン窒化膜16を堆積させる。続いて、このシリ
コン窒化膜16上に、プラズマCVD法を用い、温度2
50℃、50W1気圧0. 9TorrSS i H4
(4%)/N   (96%)  : 20scca+
、  N20 :30.0sec+aの条件において、
厚さ200 o@のシリコン酸化膜18を堆積する(第
5図(f)参照)。
Next, after removing the silicon nitride film 82, the i-type AΩG
a. On the As buried layer 12 and the n-type GaAs contact layer 10, NH:
5.6Ω/min, S1H (4%)/N2 (96%)
:2.9j! /min, thickness 100OA
A silicon nitride film 16 is deposited. Subsequently, the silicon nitride film 16 is coated at a temperature of 2 using plasma CVD.
50℃, 50W 1 atm 0. 9TorrSS i H4
(4%)/N (96%): 20scca+
, N20: Under the condition of 30.0 sec+a,
A silicon oxide film 18 having a thickness of 200° is deposited (see FIG. 5(f)).

次いで、全面にレジスト86を塗布し、フォトリソグラ
フィ技術を用いて、p 型AN Ga Asクラッド層
8の一半部に対応する場所のレジスト86を開口する。
Next, a resist 86 is applied to the entire surface, and an opening is opened in the resist 86 at a location corresponding to a half of the p-type AN Ga As cladding layer 8 using photolithography.

そしてこのようにパターニングされたレジスト86をマ
スクとして、例えばCF4によるRIE (反応性イオ
ンエツチング)法を用いて、シリコン酸化膜18および
シリコン窒化膜14をエツチングし、窓明けを行なうす
る(第5図(g)参照)。
Using the patterned resist 86 as a mask, the silicon oxide film 18 and the silicon nitride film 14 are etched using, for example, RIE (reactive ion etching) using CF4 to form a window (FIG. 5). (see (g)).

次いで、レジスト86を除去した後、このサンプルをZ
 rl A S 2と共に石英アンプルに真空封止する
。そして、p+型A11Ga Asクラッド層8の一半
部に対応する場所を窓明けされたシリコン酸化膜16お
よびシリコン窒化膜14をマスクとし、温度630℃の
条件において亜鉛拡散を行なう。このとき、この亜鉛拡
散はn−型Ga As導波路層6上面から少し上方のp
 型A、17 Ga Asクラッド層8中にまで来るよ
うにする。このように亜鉛拡散がn−型Ga As導波
路層6上面に達しないようにするのは、後の工程におけ
る熱処理によってn−型Ga As導波路層6にまで亜
鉛が拡散されないようにするためである。このようにし
て、p 型A、77 Ga Asクラッド層8の一半部
に、亜鉛Znが添加されて相対的に抵抗が低くなった低
抵抗領域14を形成する(第5図(h)参照)。
Next, after removing the resist 86, this sample was
Vacuum seal in a quartz ampoule with rl AS 2. Then, using the silicon oxide film 16 and the silicon nitride film 14, which have openings corresponding to a portion of the p+ type A11GaAs cladding layer 8, as masks, zinc is diffused at a temperature of 630°C. At this time, this zinc diffusion occurs in the p region slightly above the top surface of the n-type GaAs waveguide layer 6.
The type A, 17 Ga As cladding layer 8 is made to reach inside. The reason why zinc diffusion is prevented from reaching the upper surface of the n-type GaAs waveguide layer 6 in this way is to prevent zinc from being diffused into the n-type GaAs waveguide layer 6 during heat treatment in a later step. It is. In this way, a low resistance region 14 having a relatively low resistance due to addition of zinc Zn is formed in a part of the p-type A, 77 Ga As cladding layer 8 (see FIG. 5(h)). .

次いで、上面にCr/Auff1極20を形成し、シリ
コン酸化膜18およびシリコン窒化膜に既に窓明けして
いるコンタクトホールを介してn型Ga Asコンタク
ト層10に接続する。また、n 型Ga As基板2底
面上にもAuGe/Ni/ A u電極22を形成する
(第5図(i)参照)。
Next, a Cr/Auff1 pole 20 is formed on the upper surface and connected to the n-type GaAs contact layer 10 through a contact hole already made in the silicon oxide film 18 and silicon nitride film. Further, an AuGe/Ni/Au electrode 22 is also formed on the bottom surface of the n-type GaAs substrate 2 (see FIG. 5(i)).

なお、図示はしないが、導波路幅Wを有し、交差角2θ
で交差する2本の導波路がn−型GaAs導波路層6に
接続されている。そしてこれら2本の導波路は、p+型
AΩGa Asクラッド層8における低抵抗領域14と
それ以外の相対的に抵抗の高い領域との境界に対して、
それぞれ反対方向に交差角θを有して交差している。
Although not shown, the waveguide has a width W and a crossing angle 2θ.
Two waveguides intersecting each other are connected to an n-type GaAs waveguide layer 6. These two waveguides are connected to the boundary between the low resistance region 14 and other relatively high resistance regions in the p+ type AΩGaAs cladding layer 8.
They intersect in opposite directions at an intersection angle θ.

そして最後に、5IIIII長に端面の男開を行なって
、導波路チップを切り出す。このようにして、上記第1
の実施例による半導体光スイッチを製造する。
Finally, the end face is opened to a length of 5III, and the waveguide chip is cut out. In this way, the first
A semiconductor optical switch according to the embodiment is manufactured.

なお、レジスト86のバターニングにおいて、上記のよ
うにp +)MAD Ga Asクラッド層8の一半部
に対応する場所のレジスト86を開口するのではなく、
p+型AN Ga Asクラッド層8の中央部に対応す
る場所のレジスト86を開口し、このようにパターニン
グされたレジスト86をマスクとしてシリコン酸化膜1
8およびシリコン窒化816のエツチングを行ない、そ
してp 型AgGa Asクラッド層8の中央部に対応
する場所に窓明けされたシリコン酸化膜18およびシリ
コン窒化膜16をマスクとして亜鉛の拡散を行ない、p
+型AΩGa Asクラッド層8の中央部に低抵抗領域
を形成し、下部クラッド層44内の低抵抗領域下方部分
を除き電流ブロック領域を形成すれば、上記第2の実施
例と同様のM造になり、双方向性の半導体光スイッチを
製造することができる。
Note that in patterning the resist 86, instead of opening the resist 86 at a location corresponding to a part of the p+) MAD Ga As cladding layer 8 as described above,
An opening is opened in the resist 86 at a location corresponding to the center of the p+ type AN Ga As cladding layer 8, and the silicon oxide film 1 is formed using the patterned resist 86 as a mask.
8 and silicon nitride 816, and using the silicon oxide film 18 and silicon nitride film 16, which are opened in a location corresponding to the center of the p-type AgGaAs cladding layer 8, as a mask, zinc is diffused.
If a low resistance region is formed in the center of the + type AΩGaAs cladding layer 8 and a current blocking region is formed except for the lower part of the low resistance region in the lower cladding layer 44, an M structure similar to that of the second embodiment can be obtained. This makes it possible to manufacture bidirectional semiconductor optical switches.

また、p 型AJ7 Ga Asクラッド層8の一半部
に亜鉛を拡散して低抵抗領域14を形成しているが、亜
鉛の替わりに例えばベリリウム(Be )であってもよ
い。
Further, although zinc is diffused into one half of the p-type AJ7 GaAs cladding layer 8 to form the low resistance region 14, for example, beryllium (Be) may be used instead of zinc.

また、n 型Ga As l;!;板2上に、n+型A
J7Ga As下部クラッド層4、n−型Ga As導
波路層6、p 型Aj! Ga Asクラッド層8、お
よびn型Ga As層コンタクト層10をそれぞれ形成
しているが、このような組合わせではなく、n−型Ga
 As導波路層6を挟む基板および各層の導電型が入れ
替わって、p 型Ga As基板上に、p+型AN G
a As下部クラッド層、p−型Ga As導波路層6
、n+型AM Ga Asクラッド層、およびp形Ga
 As層コンタクト層という組合わせに形成してもよい
。ただし、この場合においては、n+型A、9 Ga 
Asクラッド層の一部に低抵抗領域を形成するために注
入する不純物は、例えばシリコン(Sl)でなければな
らない。
Also, n-type GaAs l;! ;On board 2, n+ type A
J7GaAs lower cladding layer 4, n-type GaAs waveguide layer 6, p-type Aj! Although a GaAs cladding layer 8 and an n-type GaAs layer contact layer 10 are formed, this combination is not used.
The conductivity types of the substrates and each layer sandwiching the As waveguide layer 6 are exchanged, and a p+ type AN G is formed on the p type Ga As substrate.
a As lower cladding layer, p-type GaAs waveguide layer 6
, n+ type AM Ga As cladding layer, and p type Ga
It may be formed in combination with an As layer and a contact layer. However, in this case, n+ type A, 9 Ga
The impurity implanted to form a low resistance region in a part of the As cladding layer must be silicon (Sl), for example.

そしていずれの場合においても、導波路層6の導電型は
n 型に限らず、例えば低キヤリア濃度のp−型Ga 
Asやi型Ga Asであってもよい。
In either case, the conductivity type of the waveguide layer 6 is not limited to n-type, but is, for example, p-type Ga with a low carrier concentration.
It may be As or i-type GaAs.

ただし、電子よりホールの方が光吸収が大きいため、p
″″型よりもn−型の方が望ましい。
However, since holes absorb more light than electrons, p
The n-type is more desirable than the ``'' type.

〔発明の効果〕 以上、詳細に説明したように本発明により作製される光
スイッチによれば、導波路層がその禁止帯よりも大きな
禁止帯を有する第1導電型の半導体基板と第2導電型の
クラッド層とに上下から挟まれたダブルへテロ構造とな
っていることによって、プラズマ効果により導波路層の
一部に低屈折領域を生じさせ、その境界において入射光
をその波長に依存することなく全反射させる。また、導
波路層が高キャリア濃度の半導体基板とクラッド層とに
挟まれた低キヤリア層であり、かつ両側を低屈折領域に
より挟まれていることによって、損失を減少させる。更
に上部クラッド層に形成された低抵抗領域と下部クラッ
ド層に形成された電流ブロック領域とによりキャリア注
入領域が正確に限定され、これによって、消光比の高い
光スイッチングが行なわれるので、優れた低ti失特性
を有し、かつ波長依存性のない光スイッチングを行なう
ことができる。
[Effects of the Invention] As described above in detail, according to the optical switch manufactured by the present invention, the waveguide layer has a semiconductor substrate of a first conductivity type having a forbidden band larger than the forbidden band thereof, and a second conductive type semiconductor substrate. By forming a double heterostructure sandwiched from above and below by the cladding layer of the mold, a low refraction region is created in a part of the waveguide layer due to the plasma effect, and at the boundary, the incident light depends on its wavelength. Allows total reflection without any interference. Further, the waveguide layer is a low carrier layer sandwiched between a semiconductor substrate with a high carrier concentration and a cladding layer, and is sandwiched on both sides by low refractive regions, thereby reducing loss. Furthermore, the carrier injection region is precisely defined by the low resistance region formed in the upper cladding layer and the current blocking region formed in the lower cladding layer, which provides optical switching with a high extinction ratio. It is possible to perform optical switching that has Ti loss characteristics and is not wavelength dependent.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明の第1の実施例により製造される半導
体光スイッチの断面を示す断面図、第2図は、その平面
を示す平面図、第3図は、本発明の第2の実施例により
製造される半導体光スイッチの断面を示す断面図、第4
図は、その平面を示す平面図、第5図は、本発明の第1
の実施例に係る半導体光スイッチの製造方法を示す工程
図である。 2−−− n+型Ga As基板、 4・・・n+型AI Ga As下部クラッド層、4a
・・・電流ブロック領域、 5・・・n−型Ga Asエピタキシャル層、6.46
・・・n″″型Ga As導波路層、7・・・p+型A
、Q Ga Asエピタキシャル層、8・・・p 型A
ΩGa Asクラッド層、9・・・n型Ga Asエピ
タキシャル層、10・・・n型Ga As層コンタクト
層、12.52−i型AfIGa As埋め込み層、1
454・・・低抵抗領域、 16.56.82・・・シリコン窒化膜(S13N4膜
)、 18゜ 20゜ 22゜ 24゜ 28゜ 58・・・シリコン酸化膜(S iO2膜)、62−C
r / A u電極、 60・=Au Ge /Nl /Au電極、26.64
.66・・・導波路、 32.68,72.・・・入射ボート。
FIG. 1 is a sectional view showing the cross section of a semiconductor optical switch manufactured according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view showing the plane thereof, and FIG. Sectional view showing the cross section of the semiconductor optical switch manufactured according to the example, No. 4
The figure is a plan view showing the plane, and FIG. 5 is the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a process diagram showing a method for manufacturing a semiconductor optical switch according to an embodiment of the present invention. 2--- n+ type Ga As substrate, 4... n+ type AI Ga As lower cladding layer, 4a
...Current block region, 5...n-type GaAs epitaxial layer, 6.46
...n'' type Ga As waveguide layer, 7...p+ type A
, Q GaAs epitaxial layer, 8...p type A
ΩGaAs cladding layer, 9...n-type GaAs epitaxial layer, 10...n-type GaAs layer contact layer, 12.52-i-type AfIGaAs buried layer, 1
454...Low resistance region, 16.56.82...Silicon nitride film (S13N4 film), 18°20°22°24°28°58...Silicon oxide film (SiO2 film), 62-C
r/A u electrode, 60・=Au Ge/Nl/Au electrode, 26.64
.. 66... Waveguide, 32.68,72. ...Incidence boat.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、一面に第1の電極が形成された第1導電型の半導体
基板と、 前記半導体基板の他面上に形成される第1導電型の下部
クラッド層と、 前記下部クラッド層上に形成され、禁止帯が前記下部ク
ラッド層のそれより小さくかつキャリア濃度が低い導波
路層と、 前記導波路層上に形成され、禁止帯が前記導波路層のそ
れより大きくかつキャリア濃度が高い第2導電型の上部
クラッド層と 前記導波路層及び前記上下クラッド層の両側に設けられ
、禁止帯が前記導波路層のそれより大きい埋め込み層と
、 前記上部クラッド層の一部に形成された低抵抗領域と、 前記上部クラッド層の低抵抗領域上に形成された第2の
電極と 前記光導波路層の下側の前記下部クラッド層中であって
、前記低抵抗領域の下方のみで電流を流すように形成さ
れている電流ブロック領域とを含み、 前記第1の電極と前記第2の電極との間に印加する電圧
により、前記上部クラッド層の前記低抵抗領域と前記電
流ブロック領域の形成部分を除いた領域を通って前記導
波路層の所定の領域にキャリアを注入することを特徴と
する半導体光スイッチ。 2、前記低抵抗層が前記上部クラッド層の一半分に形成
されていることを特徴とする請求項1記載の半導体光ス
イッチ。 3、前記低抵抗領域が前記上部クラッド層の中央部に形
成されていることを特徴とする請求項1記載の半導体光
スイッチ。 4、第1導電型の半導体基板上に下部クラッド層となる
第1導電型の第1のエピタキシャル層を形成する第1の
工程と、 前記第1のエピタキシャル層の所定の領域に電流ブロッ
ク領域となる高抵抗領域を形成する第2の工程と、 前記第1のエピタキシャル層上に、禁止帯が前記半導体
基板のそれより小さくかつキャリア濃度が低い第2のエ
ピタキシャル層を成長させる第3の工程と、 前記第2のエピタキシャル層上に、禁止帯が前記第2の
エピタキシャル層のそれより大きくかつキャリア濃度が
高い第2導電型の第3のエピタキシャル層を成長させる
第4の工程と、 前記第2および第3のエピタキシャル層を選択的にエッ
チングして、前記第2のエピタキシャル層からなる導波
路層およびこの導波路層上の前記第3のエピタキシャル
層からなる上部クラッド層をそれぞれ形成する第5の工
程と、 前記導波路層および前記上部クラッド層の両側に、禁止
帯が前記導波路層のそれより大きい埋め込み層を形成す
る第6の工程と、 前記上部クラッド層の一部に低抵抗領域を形成する第7
の工程と、 前記クラッド層の前記低抵抗領域上に第1の電極を形成
すると共に、前記半導体基板の底面上に第2の電極を形
成する第8の工程と を含むことを特徴とする半導体光スイッチの製造方法。 5、前記第2の工程で前記高抵抗領域を形成する際、Z
n拡散法、イオン注入法等を使用することを特徴とする
請求項4記載の半導体光スイッチの製造方法。 6、前記低抵抗領域を前記上部クラッド層の一半部に形
成することを特徴とする請求項4又は5記載の半導体光
スイッチの製造方法。 7、前記低抵抗領域を前記クラッド層の中央部に形成す
ることを特徴とする請求項4、5又は6記載の半導体光
スイッチの製造方法。
[Claims] 1. A semiconductor substrate of a first conductivity type having a first electrode formed on one surface; a lower cladding layer of a first conductivity type formed on the other surface of the semiconductor substrate; and the lower cladding layer of the first conductivity type formed on the other surface of the semiconductor substrate. a waveguide layer formed on the cladding layer and having a forbidden band smaller than that of the lower cladding layer and a lower carrier concentration; and a waveguide layer formed on the waveguide layer and having a forbidden band larger than that of the waveguide layer and having a lower carrier concentration. an upper cladding layer of a second conductivity type with a high concentration; a buried layer provided on both sides of the waveguide layer and the upper and lower cladding layers and having a forbidden band larger than that of the waveguide layer; and a part of the upper cladding layer. a second electrode formed on the low resistance region of the upper cladding layer and the lower cladding layer below the optical waveguide layer, only below the low resistance region. a current blocking region formed to allow a current to flow through the low resistance region of the upper cladding layer and the current blocking region by a voltage applied between the first electrode and the second electrode. A semiconductor optical switch characterized in that carriers are injected into a predetermined region of the waveguide layer through a region excluding a region forming portion. 2. The semiconductor optical switch according to claim 1, wherein the low resistance layer is formed in one half of the upper cladding layer. 3. The semiconductor optical switch according to claim 1, wherein the low resistance region is formed in the center of the upper cladding layer. 4. A first step of forming a first epitaxial layer of a first conductivity type to serve as a lower cladding layer on a semiconductor substrate of a first conductivity type, and forming a current blocking region in a predetermined region of the first epitaxial layer. a third step of growing a second epitaxial layer on the first epitaxial layer with a forbidden band smaller than that of the semiconductor substrate and with a lower carrier concentration; , a fourth step of growing, on the second epitaxial layer, a third epitaxial layer of the second conductivity type, the third epitaxial layer having a forbidden band larger than that of the second epitaxial layer and having a higher carrier concentration; and a fifth epitaxial layer for selectively etching the third epitaxial layer to form a waveguide layer made of the second epitaxial layer and an upper cladding layer made of the third epitaxial layer on the waveguide layer, respectively. a sixth step of forming a buried layer having a forbidden band larger than that of the waveguide layer on both sides of the waveguide layer and the upper cladding layer; forming a low resistance region in a part of the upper cladding layer; seventh to form
and an eighth step of forming a first electrode on the low resistance region of the cladding layer and forming a second electrode on the bottom surface of the semiconductor substrate. A method of manufacturing an optical switch. 5. When forming the high resistance region in the second step, Z
5. The method of manufacturing a semiconductor optical switch according to claim 4, wherein an n-diffusion method, an ion implantation method, or the like is used. 6. The method of manufacturing a semiconductor optical switch according to claim 4 or 5, wherein the low resistance region is formed in one half of the upper cladding layer. 7. The method of manufacturing a semiconductor optical switch according to claim 4, 5 or 6, wherein the low resistance region is formed in the center of the cladding layer.
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