JPH02228635A - Semiconductor optical switch and its production - Google Patents

Semiconductor optical switch and its production

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JPH02228635A
JPH02228635A JP5084889A JP5084889A JPH02228635A JP H02228635 A JPH02228635 A JP H02228635A JP 5084889 A JP5084889 A JP 5084889A JP 5084889 A JP5084889 A JP 5084889A JP H02228635 A JPH02228635 A JP H02228635A
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JP
Japan
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layer
type
waveguide
cladding
lower cladding
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Pending
Application number
JP5084889A
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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 reduce the loss 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 surrounding the waveguide layer with a low- refractive index layer on both sides. CONSTITUTION:A waveguide layer 6 is vertically interposed between a lower clad layer 4a of first conductive type and an upper clad layer 8a 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 dependent upon this structure, 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 8a and 4a and is surrounded with the low-refractive index area on both sides, and the carrier injection area is limited. Thus, a semiconductor switch is obtained which has the loss reduced and performs optical switching of high extinction ratio 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°わせたちのなどがある。しかし、これ
らのいずれも導波路として低損失特性、低鵡話特性、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 use polarization of light due to the acousto-optic effect of the optical transmission medium, polarization of light due to the electro-optic effect of the medium, and electro-optic coupling coefficients of directional couplers. There are those that vary depending on the effect, and those 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 noise characteristics, and high speed. As a solution to these problems,
Inject carriers into the waveguide layer to lower its refractive index,
Proposals have been made to utilize this change in refractive index in 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いn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 As 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
がまだ充分には改筈されてなく、また用途も限定されて
いた。
For example, Japanese Patent Application Publication No. 1983-1999. In the semiconductor optical switch shown in No. 173519, non-doped InGaAs
The P optical waveguide layer has a so-called double hetero structure sandwiched between an n-type 1nP substrate with a larger forbidden band and an n-type 1nP grading layer, and the p-n junction of this double heterostructure has a forward direction. A current is applied to inject carriers into the InGaAsP 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 reduced, and the 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■nGaAs 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・クロニッヒ(Kr
aIlers−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
nGaAs 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, Kramers Kronig (Kr.
The refractive index in the vicinity of the absorption edge wavelength is lowered due to the relationship: aIlers-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高抵抗の下部クラッド層と、前記
下部クラッド層内にイオン注入で形成された第1導電型
の上部クラッド部と、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部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
れた高抵抗の上部クラッド層と、前記上部クラッド層内
にイオン注入により形成され、前記下部クラッド部上方
に位置し、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部と前記
導波路層及び前記上部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上部クラッド部上に形成された第2
の電極と前記第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、前記導波路層の前記上部及び下部クラ
ッド部間にはさまれる所定の領域にキャリアを注入する
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 high resistance lower cladding layer formed on the other surface of the semiconductor substrate, and the lower cladding layer. an upper cladding portion of a first conductivity type formed by ion implantation within the cladding layer; a waveguide layer formed on the lower cladding layer and having a forbidden band smaller than that of the lower cladding portion and having a lower carrier concentration; a high-resistance upper cladding layer formed on the waveguide layer; and a high-resistance upper cladding layer formed in the upper cladding layer by ion implantation, located above the lower cladding part, and having a forbidden band larger than that of the waveguide layer and a carrier concentration. an upper cladding portion of a second conductivity type with a high conductivity, a buried layer provided on both sides of the waveguide layer and the upper cladding layer, and a buried layer having a forbidden band larger than that of the waveguide layer, and an upper cladding portion of the upper cladding layer. The second formed in
carriers are injected into a predetermined region sandwiched between the upper and lower cladding portions of the waveguide layer by a voltage applied between the electrode, the first electrode, and the second electrode. shall be.

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高抵抗の第
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イオンを注入し第
1導電型の下部クラッド部を形成する第2の工程と、前
記第1のエピタキシャル層上に、禁止帯がg?J記下部
クラッド部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高抵抗の上部クラッド層を
形成する第4の工程と、前記上部クラッド層内で前記下
部クラッド部上方の領域にイオンを注入し、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導電型の上部クラッド部を形成する第
5の工程と、前記第2エピタキシャル層および高抵抗の
上部クラッド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
上の上部クラッド領域をそれぞれ形成する第6の工程と
、前記導波路層および前記上部クラッド領域の両側に、
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7の工程と、前記上部クラッド層の上部クラッ
ド部上に第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。
Furthermore, the method for manufacturing a semiconductor optical switch of the present invention includes a first step of forming a high-resistance first epitaxial layer to serve as a lower cladding layer on a first conductivity type semiconductor substrate; A second step of implanting ions into a predetermined region to form a lower cladding portion of the first conductivity type, and forming a forbidden band g? on the first epitaxial layer. a third step of growing a second epitaxial layer that is smaller than that of the lower cladding part and has a lower carrier concentration; and a fourth step of forming a high-resistance upper cladding layer on the second epitaxial layer. , implanting ions into a region above the lower cladding in the upper cladding layer to form an upper cladding of a second conductivity type having a forbidden band larger than that of the second epitaxial layer and a higher carrier concentration; Step 5 and selectively etching the second epitaxial layer and the high-resistance upper cladding layer to form a waveguide layer made of the second epitaxial layer and an upper cladding region on the waveguide layer, respectively. a sixth step, on both sides of the waveguide layer and the upper cladding region;
a seventh step of forming a buried layer whose forbidden band is larger than that of the waveguide layer; forming a first electrode on the upper cladding part of the upper cladding layer; and forming a second electrode on the bottom surface of the semiconductor substrate. and an eighth step of forming an electrode.

〔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j
+?止帯よりも大きな禁止帯を存する第1導電型の下部
クラッド部と第2導電型の上部クラッド部とに上下から
挟まれたダブルへテロ構造とし、この構造から生じるプ
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、導波路層が上部及び下部クラ
ッド部に挟まれた低キヤリア層であり、かつ両側を低屈
折領域にて挾み、キャリア注入領域を限定することによ
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
+? The double hetero structure is sandwiched from above and below by a lower cladding part of the first conductivity type and an upper cladding part of the second conductivity type, which have a forbidden zone larger than the tourniquet, and the plasma effect generated from this structure causes the waveguide layer to A low refraction area is created in a part of the area, and the incident light is totally reflected at the boundary without depending on its wavelength. Further, the waveguide layer is a low carrier layer sandwiched between the upper and lower cladding parts, and both sides are sandwiched by low refraction regions to limit the carrier injection region, thereby reducing loss. 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図は第1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.

第1図において、例えばキャリア濃度2×1018、、
−3のn+型Ga As基板2上に、1型Ag Ga 
  As  (x−0,1)下部クラッドX     
 1−x 層4が形成されている。このi型AgGHAs 下部ク
ラッド層4上にはキャリア濃度IXIO15cm=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、i型AII G
a   As  (x−0,1)クラッドX   l−
x 層8”が形成されている。このi型AgGa As 下
部クラッド層4内にはSiイオン注入によりn型AN 
Ga As下部クりッド部4aが第1図に示すように形
成されている。又、i型AllGa As上部クラッド
層8内にBeイオン注入によりp型AlGa Asの上
部クラッド部8a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AllGa As下部クりッド
部4aとp 型AΩGa As2571部8a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 2×1018,
-3 n+ type GaAs substrate 2, 1 type Ag Ga
As (x-0,1) lower cladding X
1-x layer 4 is formed. This i-type AgGHAs on the lower cladding layer 4 has a carrier concentration IXIO15cm=n
- type GaAs waveguide layer 6 is formed. Then, on this n-type GaAs waveguide layer 6, an i-type AII G
a As (x-0,1) cladding X l-
An n-type AN layer 8'' is formed in this i-type AgGaAs lower cladding layer 4 by Si ion implantation.
A GaAs lower grid portion 4a is formed as shown in FIG. Furthermore, a p-type AlGaAs upper cladding portion 8a is formed in the i-type AllGaAs upper cladding layer 8 by Be ion implantation. In this way,
The n-type GaAs waveguide layer 6, which has a small forbidden band, is sandwiched from above and below by the n+-type AllGaAs lower quad portion 4a, which has a larger forbidden band, and the p-type AΩGaAs2571 portion 8a, into a so-called double layer. A terrorist structure is forming.

i型AΩGa Asクラッド層8上にはキャリア濃度1
×1017cln−3のp型Ga Asキャ”/ブ層1
0が形成されている。また、i型Ga As導波路層6
、i+型AI Ga Asクラッド層8およびp型Ga
 Asキャップ層10の両側には、i型Aρ Ga  
 As埋め込み層12が形成されて   lx いる。
The i-type AΩGaAs cladding layer 8 has a carrier concentration of 1
×1017cln-3 p-type GaAs cap layer 1
0 is formed. In addition, the i-type GaAs waveguide layer 6
, i+ type AI Ga As cladding layer 8 and p type Ga
On both sides of the As cap layer 10, i-type Aρ Ga
An As buried layer 12 is formed.

第1図および第2図に示されるように、i型AN Ga
 As上部及び下部クラッド層6,8の一半分には、上
部及び下部クラッド部4a、8aによりはさまれたダブ
ルヘテ0構造領域が形成されている。また、p型Ga 
Asキャップ層10およびi−型Aff Ga As埋
め込み層12上には、Cr /Au m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AuGc /Nl/Au電極22が形成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, i-type AN Ga
A double heterostructure region sandwiched between the upper and lower cladding parts 4a and 8a is formed in one half of the As upper and lower cladding layers 6 and 8. In addition, p-type Ga
A Cr/Au m pole 20 is formed on the As cap layer 10 and the i-type Aff GaAs buried layer 12. Furthermore, an AuGc/Nl/Au electrode 22 is also formed on the bottom surface of the n+ type GaAs substrate 2.

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24.2
6が交差角2θで交差している。すなわち、n−型Ga
 As導波路層6の上部及び下部クラッド部4a、8a
にはさまれた領域とこれらにはさまれていない領域との
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, an n-type GaAs waveguide layer 6
In , two waveguides 24.2 having a waveguide width W
6 intersect at an intersection angle of 2θ. That is, n-type Ga
Upper and lower cladding parts 4a and 8a of As waveguide layer 6
The boundary between the region sandwiched between the regions and the region not sandwiched between these regions intersects in opposite directions at a crossing angle θ. The waveguide 24 has an input boat 28 and an output boat 30, and the 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
2571部8a、n−型Ga As導波路層6、および
n+型A、Q Ga As下部クりッド部4a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。
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 p-n junction of the double heterostructure consisting of the 2571 part 8a, the n-type GaAs waveguide layer 6, and the n+-type A, Q GaAs lower shield part 4a, carriers is injected.

p+型Ap Ga As上部クりッド部8a及びn+型
A、9 Ga As下部クりッド部4aが導波路層6の
一半分に形成されているため、この上部及び下クラッド
部4a、8aを通りてn″″型Ga As導波路6の一
半分にのみこのキャリアの注入がなされる。従って、上
部及び下部クラッド部4a。
Since the p+ type Ap Ga As upper cladding part 8a and the n+ type A, 9 Ga As lower cladding part 4a are formed in one half of the waveguide layer 6, the upper and lower cladding parts 4a, The carriers are injected into only one half of the n'''' type GaAs waveguide 6 through the channel 8a. Therefore, the upper and lower cladding parts 4a.

8aにはさまれない位置のn−型Ga As導波路層6
の一半分にはキャリアは注入されない。すなわち、i’
JIAIGaAsクラッド層8に形成された上部クラッ
ド部8a及び下部クラッド層4内に形成した下部クラッ
ド部4aによりはさまれた導波路層6の領域中にのみ、
キャリアの注入を制限し、この制限によってキャリアの
注入効率を高めている。
n-type GaAs waveguide layer 6 at a position not sandwiched by 8a
No carrier is injected into one half of the cell. That is, i'
Only in the region of the waveguide layer 6 sandwiched between the upper cladding part 8a formed in the JIA I GaAs cladding layer 8 and the lower cladding part 4a formed in the lower cladding layer 4,
Carrier injection is restricted, and this restriction increases carrier injection efficiency.

このようにして、n−型Ga As導波路層6の一半分
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 part 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 /Nl /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、Cr
 / A U 電極20とAu Gc /N1 /Au
電極22との間に所定の電圧が加えられ、n″″型Ga
 As導波路層6の−半部の屈折率が低下する場合には
、その屈折率変化率をΔn1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°−5in”−1(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 2 /Nl 2 /Au electrode 22 , the light passes through the n-type GaAs waveguide layer 6 to the output boat 30 of the waveguide 24 . However, Cr
/A U electrode 20 and Au Gc /N1 /Au
A predetermined voltage is applied between the electrode 22 and the n″″ type Ga
When the refractive index of the negative half of the As waveguide layer 6 decreases, the refractive index change rate is determined by Δn1, the refractive index of the waveguide 24. The intersection angle between the boundary of two regions with different ratios and the waveguide 24 is θ
Then, when the relationship of θ 90°−5in”−1 (1+Δn/n) is satisfied, the light incident from the input boat 28 of the waveguide 24 does not proceed to the output boat 30, and is an n-type Ga
The light is totally reflected at the boundary between two regions of the As 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
1. X 10 ’cm−”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、n+型A、1)Ga Asクラヅド部4a
のキャリア濃度が高いため、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
半分における屈折率の低下が一層急俊になる。そして、
p型AgGa Asツクラッド8aは高キャリアであっ
ても、光が余り人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 1. Since it is as low as X 10 'cm-'', free carrier absorption is suppressed to a low level, and loss due to light absorption is small.
Since the carrier concentration of n-
A plasma effect occurs throughout the GaAs waveguide layer 6,
The refractive index decreases more rapidly in one half of the n-type GaAs waveguide layer 6 into which carriers are injected. and,
Even if the p-type AgGaAs cladding 8a has a high carrier content, there is little loss due to light absorption because there is not much light.

また、n″″型Ga As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 
As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Al)Ga As埋め込み層12により挟み込
む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 GaAs on both sides.
This is achieved by sandwiching the i-type Al)GaAs buried layers 12, which have a larger forbidden band than the As waveguide layer 6 and have a low refractive index. Light loss is low.

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から形成さ
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Ga Asやl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. It may be formed from p-type GaAs or l-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をダブルへテロ構造
に挟む下部クラッド部4aおよび上部クラッド層8aは
それぞれn 型およびp 型AgGa As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AN Ga As下部クラッド部およびn+型A、l
! Ga As上部クラッド部の組合わせになってもよ
い。勿論この場合には、基板2はp+型Ga As基板
となる。さらにまた、上記第1の実施例においては、G
a 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In Ga As 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。
Further, the lower cladding part 4a and the upper cladding layer 8a which sandwich the n-type GaAs waveguide layer 6 in a double heterostructure are a combination of n-type and p-type AgGaAs, respectively, but their conductivity types are different. Switched places, p
Type AN Ga As lower cladding part and n+ type A, l
! It may also be a combination of a GaAs upper cladding part. Of course, in this case, the substrate 2 will be a p+ type GaAs substrate. Furthermore, in the first embodiment, G
Although the optical switch is constructed using an As-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 explained.

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2×10i8印−
3のp・“型Ga As基板42上に、i型Aj7  
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i型AgxGa   A
s  (x−0,1)下部クラッド層内にx はStイオン注入によりn 型AfIGa Asの下部
クラッド部44aが中央部に形成されている。
In FIG. 3, for example, the carrier concentration is 2×10i8 mark −
On the p-type GaAs substrate 42 of No. 3, the i-type Aj7
Ga As (x-0,1) lower cladding x
A l-X layer 44 is formed. This i type AgxGa A
An n-type AfIGaAs lower cladding portion 44a is formed in the center of the s(x-0,1) lower cladding layer by implanting St ions.

このn+型AN Ga As下部クりッド部44a上に
は、キャリア濃度I X 1015cTn−3のn−型
GaAs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、i型Aj7xGa
   As  (x=0.1)上部クラッド層481−
x が形成されている。このi型AN  Ga   Ax 
  l−X  5 (x−0,1)上部クラッド層48内の中央部にはBe
イオン注入によりp 型AgGa Asの上部クラッド
部48a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AjJ GaAs下部クラッり部4
4aとp 型AI Ga As上部クりッド部48aと
に上下から挾まれた、いわゆるダブルへテロ構造が形成
されている。
An n- type GaAs waveguide layer 46 having a carrier concentration I x 1015cTn-3 is formed on the n+-type AN GaAs lower quad portion 44a. And this n
- On the GaAs waveguide layer 46, an i-type Aj7xGa
As (x=0.1) upper cladding layer 481-
x is formed. This i type AN Ga Ax
l-X 5 (x-0, 1) Be in the center of the upper cladding layer 48
An upper cladding portion 48a of p-type AgGaAs is formed by ion implantation. In this way, the n"" type GaAs waveguide layer 46 with a small forbidden band is replaced with the n type AjJ GaAs lower cradle layer 4 with a larger forbidden band.
4a and the p-type AI Ga As upper quad portion 48a are sandwiched from above and below, forming a so-called double heterostructure.

そして、p+型AN Ga Asクラッド層48a上に
は、キャリア濃度1×10 cffl 、厚さ1μmの
p型Ga Asキャップ層50が形成されている。また
、n−型Ga As導波路層46、p型All Ga 
Asツクラッド48a1およびp型GaAs導波路層5
0の両側には、1型Ajll GaAs埋め込み層52
が形成されている。更にp型Ga Asキャップ層50
及びi型AM Ga As埋め込み層52の上部にはn
型Ga Asキャップ層50に接続されてAu Ge 
/N1 /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/Auff1
極62が形成されている。
A p-type GaAs cap layer 50 having a carrier concentration of 1×10 cffl and a thickness of 1 μm is formed on the p+-type AN GaAs cladding layer 48a. In addition, an n-type GaAs waveguide layer 46, a p-type All Ga
As cladding 48a1 and p-type GaAs waveguide layer 5
1-type Ajll GaAs buried layers 52 on both sides of the
is formed. Furthermore, a p-type GaAs cap layer 50
And on the top of the i-type AM GaAs buried layer 52, n
Au Ge type connected to the Ga As cap layer 50
/N1 /Au electrode 60 is formed. Furthermore, n
Cr/Auff1 is also formed on the bottom surface of the + type GaAs substrate 42.
A pole 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
In 6, two waveguides 64.6 each have a waveguide width W.
66 intersect at an intersection angle of 2θ.

すなわち、上部クラッド部48a及び下部クラッド部4
4aにはさまれる導波路層46とこれらにはさまれない
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は入射ポート68お
よび出射ポート70を有し、また導波路66は入射ボー
ト72および出射ポート74を有している。
That is, the upper cladding part 48a and the lower cladding part 4
The waveguide layer 46 intersects the boundary between the waveguide layer 46 sandwiched between the waveguide layers 4a and the region not sandwiched therebetween in opposite directions at a crossing angle θ. The waveguide 64 has an input port 68 and an output port 70, and the waveguide 66 has an input port 72 and an output port 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、i型A、1llGa A
s上部クラッド層48の中央部に上部クラッド部48a
が形成され、一方i型AfIGa As下部クラッド層
44の中央部に下部クラッド部44aが形成されている
ため、キャリアはn型AD Ga As2911部48
aを通ってn−型Ga As導波路46の中央部にのみ
注入される。
The operation of the device of this second embodiment is almost the same as that of the first embodiment, except that
s An upper cladding part 48a is provided in the center of the upper cladding layer 48.
On the other hand, since a lower cladding part 44a is formed in the center of the i-type AfIGaAs lower cladding layer 44, carriers are formed in the n-type AD GaAs2911 part 48.
a, and is injected only into the center of the n-type GaAs waveguide 46.

更に、下部クラッド層44内に形成された下部クラッド
部44aにより導波路層46の中央部にのみにキャリア
の注入が限定される。従って、上部クラッド部48a及
び上部クラッド部44aにはさまれないn 型Ga A
s導波路層46の一半分にはキャリアは注入されない。
Furthermore, the lower cladding portion 44a formed in the lower cladding layer 44 limits carrier injection to only the central portion of the waveguide layer 46. Therefore, n-type Ga A that is not sandwiched between the upper cladding part 48a and the upper cladding part 44a
No carriers are injected into one half of the s-waveguide layer 46.

すなイ)ち、l型AρGa Asクラッド層48に形成
された上部クラッド部48a及びi型AN Ga As
クラッド層44に形成された下部クラッド部44a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。
In other words, the upper cladding part 48a formed in the l-type AρGaAs cladding layer 48 and the i-type ANGaAs
The lower cladding portion 44a formed in the cladding layer 44 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、ロー型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。
In this way, carriers are injected only into the central part of the low-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. Follow.

て、n−型にa As導波路層46は、屈折率の異なる
3領域に分割される。
The n-type aAs 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の入射ポート7
2から入射した光は、Au Ge /Nl/Au電極6
0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 / N
i / 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
ポート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の出射ポート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 port 7 of the waveguide 66
The light incident from the Au Ge /Nl/Au electrode 6
When no voltage is applied between 0 and the Cr/Au electrode 62, the light propagates through the n-type GaAs waveguide layer 46 to the output boat 70 of the waveguide 64 and the output boat 74 of the waveguide 66, respectively. do. However, Au Ge/N
When a predetermined voltage is applied between the i/Au electrode 60 and the Cr/Au electrode 62 and the refractive index of the central part of the n-type GaAs waveguide layer 46 decreases, the input port of the waveguide 64 The light incident from the waveguide 68 is totally reflected at the boundary between the two regions of the n'''' type GaAs waveguide layer 46 having different refractive indexes, and travels to the output port 74 of the waveguide 66, and in the same way, the light enters the waveguide 66. The light incident from the input boat 72 of the waveguide 64 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、すべてこの第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 second 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、その導電型はn″″型に限らず、例えばは低キヤリ
ア濃度のp″″型Ga Asやl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 its conductivity type is not limited to the n'''' type. It may be formed from p'' type GaAs or l 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46をダブルへテロ構
造に挟む下部クラッド部44aおよび上部クラッド部4
8のはそれぞれp 型およびn 型A、Q Ga As
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、n 型Al)Ga As下部クラッド部およびp
 型AI Ga As上部クラッド部の組合わせになっ
てもよい。さらにまた、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。
In addition, a lower cladding part 44a and an upper cladding part 4 sandwiching the n-type GaAs waveguide layer 46 into a double heterostructure.
8 are p-type and n-type A, Q Ga As, respectively.
However, these conductivity types are swapped, and the n-type Al)GaAs lower cladding and the p
It may also be a combination of type AI Ga As upper cladding. 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2×1018cl
I+−3のn+型Ga As基板2上に、高抵抗のi型
/l  Ga   As  (x−0,1)下部りx 
  1−x ラッド層4を成長させる。そして、次に、下部クラッド
層4上に後で形成する上部クラッド部の下方部分に相当
する部分を除きマスク層で覆い、Siイオンを400K
eVで1×10L3個/cm2の濃度でイオン注入し、
n  mAlGaAsの下部クラッド部4aを形成する
(第5図(a)参照)。
For example, the semiconductor substrate has a carrier concentration of 2×10 18 cl.
On the I+-3 n+ type Ga As substrate 2, a high resistance i-type/l Ga As (x-0,1) lower layer x
1-x Grow rad layer 4. Next, the lower cladding layer 4 is covered with a mask layer except for a portion corresponding to the lower part of the upper cladding that will be formed later, and Si ions are heated at 400K.
Ions were implanted at a concentration of 1×10L3/cm2 at eV,
A lower cladding portion 4a of n mAlGaAs is formed (see FIG. 5(a)).

そして次にこのi型AlGa As下部クラッド層4上
に、キャリア濃度lX10cm   n  型Ga A
s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、i型Ai)  
Ga   As  (x−0,1)層7を成x    
  l−x 長させる。そして次にこのi型Aj? Ga As層層
上上一部(先に形成した下部クラッド部4aの上方に相
当する部分)を除いてマスク層を形成し、Beイオンを
400 K e VテI X 1013a/cjノ濃度
でイオン注入しp 型AD Ga Asの上部クラッド
部8aを形成する(第5図(b)参照)。
Next, on this i-type AlGaAs lower cladding layer 4, an n-type Ga A layer with a carrier concentration of 1×10 cm is applied.
s epitaxial layer 5 is grown. Furthermore, this n′″
i type Ai) on the type GaAs epitaxial layer 5
GaAs (x-0,1) layer 7 is formed x
Lengthen l-x. And then this i type Aj? A mask layer was formed except for the upper part of the GaAs layer (the part corresponding to the upper part of the lower cladding part 4a formed earlier), and Be ions were ionized at a concentration of 400 K e Vte I X 1013a/cj. An upper cladding part 8a of p-type AD GaAs is formed by implantation (see FIG. 5(b)).

このようにして、禁止帯が小さいn″″型Ga Asエ
ピタキシャル層5がこれよりも禁止帯が大きいn+型A
j)Ga As下部クりッド部4aとp 型AN Ga
 Asツク9フ18aとに上下から挟まれた、いわゆる
ダブルへテロ構造を形成する。
In this way, the n'''' type GaAs epitaxial layer 5 with a small forbidden band becomes the n+ type A with a larger forbidden band.
j) Ga As lower grid part 4a and p-type AN Ga
A so-called double heterostructure is formed between the Astuk 9 and the As 18a from above and below.

そして次にl型AN Ga Asエピタキシャル層7上
に、キャリア濃度I Xl 017crn−8のp型G
aAsエピタキシャル層9を成長させる。なお、これら
i型Ail Ga As下部クラッド層4、n−型Qa
As エピタキシャル層5.1型AN Ga Asエピ
タキシャル層7およびp型Ga As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(c)参照)。
Then, on the l-type AN GaAs epitaxial layer 7, a p-type G layer with a carrier concentration I
An aAs epitaxial layer 9 is grown. Note that these i-type Ail Ga As lower cladding layer 4, n-type Qa
As epitaxial layer 5. The 1-type AN GaAs epitaxial layer 7 and the p-type GaAs epitaxial layer 9 are lattice-matched and stacked one by one by epitaxial growth using OMVPE (organic metal vapor phase epitaxial) method ( (See Figure 5(c)).

次いで、p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(d)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W1交差角2θの交差導波路パターンのレジ
スト84を形成スる(第5図(e)参照)。
Next, heat C is applied onto the p-type GaAs epitaxial layer 9.
Silicon nitride film 8 is grown using the VD (chemical vapor deposition) method.
2 (see FIG. 5(d)). Subsequently, a resist 84 having a cross waveguide pattern having a waveguide width W1 and a cross angle 2θ is formed on the silicon nitride film 82 using photolithography (see FIG. 5(e)).

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p型Ga Asエピタキ
シャル層9、i+型AN GaAsエピタキシャル層7
およびi″″型Ga Asエピタキシャル層5のエツチ
ングをn 型AI GaAs下部クラツド層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 p-type GaAs epitaxial layer 9 and the i+-type AN GaAs epitaxial layer 7 are further etched using a dry etching method.
Then, the i'''' type GaAs epitaxial layer 5 is etched until it reaches the upper surface of the n type AI GaAs lower cladding layer 4.

このドライエツチングの条件は、例えば80g3 :1
0seclI、  1. 5 P a、 0. 5W/
cm2とする。
The dry etching conditions are, for example, 80g3:1
0secI, 1. 5 P a, 0. 5W/
Let it be cm2.

このドライエツチングによって、l 型AllGaAs
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Sl”型AI Ga
 Asクラッド層8、およびこのp 型AJ7 Ga 
Asクラッド層8上のp型Ga Asキャップ層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, l-type AllGaAs
n-type GaAs waveguide layer 6 on lower cladding layer 4;
As cladding layer 8, and this p-type AJ7 Ga
A p-type GaAs cap layer 10 is formed on each of the As cladding layers 8. After that, the resist 84 is removed (
(See Figure 5(d)).

次いで、既にバターニングされているシリコン窒化膜8
2をマスクとして、露出されたn 型A、T! Ga 
As下部クラッド層4上にi型AlXGa   As埋
め込み層12を埋め込み成長させ−X る。このi型A、Q 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Ts
ub:650℃、気圧10Torrの条件において、p
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GaAs導波路層6、
i型AI Ga Asクラッド層8、およびp型Ga 
Asキャップ層10の両側を、i″″型AΩGa As
埋め込み層12によって挟むようにする(第5図(g)
参照)。
Next, the silicon nitride film 8 that has already been patterned is
2 as a mask, the exposed n-type A, T! Ga
An i-type AlXGaAs buried layer 12 is buried and grown on the As lower cladding layer 4. The i-type A, Q Ga As buried layer 12 is grown using the OMVPE method, for example, at a substrate temperature Ts.
ub: p under the conditions of 650°C and atmospheric pressure 10 Torr
This process is continued until the height of the upper surface of the GaAs type contact layer 10 is reached. In this way, the n-type GaAs waveguide layer 6,
i-type AI Ga As cladding layer 8 and p-type Ga
Both sides of the As cap layer 10 are made of i″″ type AΩGaAs.
It is sandwiched between the buried layers 12 (Fig. 5(g)
reference).

次にシリコン窒化VI82を取り除き、p型GaAs導
波路層10及びi型AI Ga As埋め込み12の、
上面にCr/Au電極20を形成し、また、n+型Ga
 As u板2底面上にもAu Ge/Nl/Au電極
22を形成する(第5図(h)参照)。
Next, the silicon nitride VI 82 is removed, and the p-type GaAs waveguide layer 10 and the i-type AI GaAs embedding layer 12 are
A Cr/Au electrode 20 is formed on the top surface, and an n+ type Ga
An Au Ge/Nl/Au electrode 22 is also formed on the bottom surface of the As u plate 2 (see FIG. 5(h)).

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、i型A
f)Ga As上部クラッド層8における上部クラッド
部8aとi型AN GaAs下部クラッド層4の下部ク
ラッド部4aとにはさまれた領域とそれ以外の領域との
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. And these two waveguides are i-type A
f) In opposite directions with respect to the boundary between the region sandwiched between the upper cladding part 8a of the GaAs upper cladding layer 8 and the lower cladding part 4a of the i-type AN GaAs lower cladding layer 4 and the other region. They intersect at an intersection angle θ.

そして最後に、51長に端面の襞間を行なって、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 folded to a length of 51, and a waveguide chip is cut out. In this way, the semiconductor optical switch according to the first embodiment is manufactured.

上記のようにi型AD Ga Asクラッド層8及びi
型AlGaAsクラッド層4の一半部に対応する場所の
それぞれに上部クラッド部8a、下部クラッド部4aを
形成するのではなく、i型A、pGa Asクラッド層
8及びi型AN Ga Asクラッド層4の中央部にそ
れぞれ上下部クラッド部4a、8aをイオン注入により
形成すれば、上記第2の実施例と同様の構造になり、双
方向性の半導体先スイッチを製造することができる。
As described above, the i-type AD GaAs cladding layer 8 and i
Rather than forming the upper cladding part 8a and the lower cladding part 4a at locations corresponding to one half of the type AlGaAs cladding layer 4, the i-type A, pGaAs cladding layer 8 and the i-type AN GaAs cladding layer 4 are If upper and lower cladding parts 4a and 8a are formed in the central part by ion implantation, a structure similar to that of the second embodiment can be obtained, and a bidirectional semiconductor-based switch can be manufactured.

また、n+型Ga As基板2上に、n+型AlGaA
s、下部クラッド部4a、n−型Ga As導波路層6
、p+型AN Ga As2971部8a。
Further, on the n+ type GaAs substrate 2, an n+ type AlGaA
s, lower cladding part 4a, n-type GaAs waveguide layer 6
, p+ type AN Ga As2971 part 8a.

およびp型Ga As層キャップ層1o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” MAD 
Ga As下部クラッド部、ロー型Ga As導波路層
6、n+型AI Ga As上部クラッド部、およびn
形Ga As層キャップ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、i型A、1)Ga
 Asクラッド層4.8に注入するイオンを交換しなけ
ればならない。
and a p-type GaAs layer cap layer 1o, but this combination is not used; instead, an n-type GaAs layer is formed.
The conductivity types of the substrates and each layer sandwiching the As waveguide layer 6 are exchanged, so that p" MAD is formed on the p" type GaAs substrate.
Ga As lower cladding, low type GaAs waveguide layer 6, n+ type AI GaAs upper cladding, and n
A GaAs type cap layer may be formed in combination. However, in this case, i-type A, 1) Ga
The ions implanted into the As cladding layer 4.8 must be replaced.

そしていずれの場合においても、導波路層6の導電型は
ロー型に限らず、例えば低キヤリアt6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 the low type, but is, for example, a p-type Ga with a low carrier t of 6 degrees.
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〕〔Effect of the invention〕

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
クラッド部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。
As described above in detail, according to the optical switch manufactured according to the present invention, the waveguide layer has a semiconductor substrate of the first conductivity type having a forbidden band larger than the forbidden band thereof, and a cladding portion of the second conductivity type. By forming a double heterostructure sandwiched between the top and bottom, a low refraction region is created in a part of the waveguide layer due to the plasma effect, and incident light is totally reflected at the boundary without depending on its wavelength. . 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.

【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・・・SI型A、12 Ga As下部クラッド層、
4a・・・n型Ap Ga Asの下部クラッド部、5
・・・n  型GaAsエピタキシャル層、6.46−
n−型Ga As導波路層、7・・・SI型AN Ga
 Asエピタキシャル層、8 ・S I型AN Ga 
Asクラッド層、8a・・・p型Ai)Ga Asの上
部クラッド部、9・・・p型Ga Asエピタキシャル
層、10・・・p型Cla AS層キャップ層、12.
52−3 I)MARGa As埋め込み層、82・・
・シリコン窒化膜(Si3N4膜)、20.62・・C
r /Au電極、 22 、60−= A u G e / N i / 
A u電極、24.26,64.66・・・導波路、2
8.32,68.72・・−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 GaAs substrate, 4... SI type A, 12 GaAs lower cladding layer,
4a... Lower cladding part of n-type Ap Ga As, 5
...n-type GaAs epitaxial layer, 6.46-
n-type GaAs waveguide layer, 7...SI type AN Ga
As epitaxial layer, 8 ・SI type AN Ga
As cladding layer, 8a... p-type Ai) GaAs upper cladding part, 9... p-type GaAs epitaxial layer, 10... p-type Cla AS layer cap layer, 12.
52-3 I) MARGa As buried layer, 82...
・Silicon nitride film (Si3N4 film), 20.62...C
r/Au electrode, 22, 60-=AuGe/Ni/
A u electrode, 24.26, 64.66... waveguide, 2
8.32, 68.72... - Incoming 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高抵抗の下部クラ
ッド層と、 前記下部クラッド層内にイオン注入で形成された第1導
電型の上部クラッド部と、 前記下部クラッド層上に形成され、禁止帯が前記下部ク
ラッド部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た高抵抗の上部クラッド層と
、 前記上部クラッド層内にイオン注入により 成され、前記下部クラッド部上方に位置し、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部と 前記導波路層及び前記上部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上部クラッド部上に形成された第
2の電極と 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、前記導波路層の前記上部及び下部クラッド部間
にはさまれる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、前記上部及び下部クラッド部がそれぞれ前記上部及
び下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、前記上部及び下部クラッド部がそれぞれ前記上部及
び下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
高抵抗の第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イオンを注
入し第1導電型の下部クラッド部を形成する第2の工程
と、 前記第1のエピタキシャル層上に、禁止帯が前記下部ク
ラッド部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高抵抗の上部クラッド
層を形成する第4の工程と、 前記上部クラッド層内で前記下部クラッド部上方の領域
にイオンを注入し、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
の上部クラッド部を形成する第5の工程と、 前記第2エピタキシャル層および高抵抗の上部クラッド
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上部クラ
ッド領域をそれぞれ形成する第6の工程と、 前記導波路層および前記上部クラッド領域の両側に、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7の工程と、 前記上部クラッド層の上部クラッド部上に第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、前記上部及び下部クラッド部をそれぞれ前記上部及
び下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記載の半導体光スイッチの製造方法。 6、前記上部及び下部クラッド部を前記上部及び下部ク
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
又は5記載の半導体光スイッチの製造方法。
[Claims] 1. A first conductivity type semiconductor substrate having a first electrode formed on one surface; a high-resistance lower cladding layer formed on the other surface of the semiconductor substrate; and the lower cladding layer. a waveguide layer formed on the lower cladding layer and having a forbidden band smaller than that of the lower cladding layer and a lower carrier concentration; a high-resistance upper cladding layer formed on the waveguide layer; and a high-resistance upper cladding layer formed by ion implantation into the upper cladding layer, located above the lower cladding part, having a forbidden band larger than that of the waveguide layer and having a carrier concentration. an upper cladding portion of a second conductivity type with a high conductivity; a buried layer provided on both sides of the waveguide layer and the upper cladding layer and having a forbidden band larger than that of the waveguide layer; and an upper cladding portion of the upper cladding layer. A voltage is applied between the second electrode formed on the waveguide layer, the first electrode, and the second electrode to cause carriers to be applied to a predetermined region sandwiched between the upper and lower cladding portions of the waveguide layer. A semiconductor optical switch characterized by being injected with. 2. The semiconductor optical switch according to claim 1, wherein the upper and lower cladding portions are formed in one half of the upper and lower cladding layers, respectively. 3. The semiconductor optical switch according to claim 1, wherein the upper and lower cladding portions are formed in central portions of the upper and lower cladding layers, respectively. 4. A first step of forming a high-resistance first epitaxial layer to serve as a lower cladding layer on a semiconductor substrate of a first conductivity type; and a first step of implanting ions into a predetermined region of the first epitaxial layer. a second step of forming a lower cladding portion of a conductivity type, and a second epitaxial layer having a forbidden band smaller than that of the lower cladding portion and a lower carrier concentration on the first epitaxial layer.
a third step of growing an epitaxial layer of the second epitaxial layer; a fourth step of forming a high-resistance upper cladding layer on the second epitaxial layer; and a fourth step of growing a high-resistance upper cladding layer on the second epitaxial layer; a fifth step of implanting a second conductivity type upper cladding portion having a forbidden band larger than that of the second epitaxial layer and a higher carrier concentration; a sixth step of selectively etching the layers to respectively form a waveguide layer comprising the second epitaxial layer and an upper cladding region on the waveguide layer; a seventh step of forming a buried layer on both sides with a forbidden band larger than that of the waveguide layer; forming a first electrode on the upper cladding part of the upper cladding layer; and forming a first electrode on the bottom surface of the semiconductor substrate. and an eighth step of forming a second electrode. 5. The method of manufacturing a semiconductor optical switch according to claim 4, wherein the upper and lower cladding portions are formed in half of the upper and lower cladding layers, respectively. 6. Claim 4, wherein the upper and lower cladding portions are formed at central portions of the upper and lower cladding layers.
Or the manufacturing method of the semiconductor optical switch according to 5.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0744801A1 (en) * 1995-05-22 1996-11-27 AT&T IPM Corp. Article comprising a semiconductor waveguide structure

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0744801A1 (en) * 1995-05-22 1996-11-27 AT&T IPM Corp. Article comprising a semiconductor waveguide structure

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