JPH02251935A - 反射型光スイッチ - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光集積回路あるいは光電子集積回路等の構成
要素として用いられる化合物半導体光導波路に関する。

［従来の技術］ 従来の光導波路（反射型光スイッチを含む）は、主とし
て　１．０μｍ１　及び　１．３μｍ波長帯の光を導波
することを目的に、Ａ　Ｉ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　／　Ｇ　
ａ　ＡＳ系、あるいはＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系の様な
ｍ−ｖ族化合物半導体により形成されていた。第５図は
従来の反射型光スイッチを示す例である。

導波路形状の凹部を有するＩｎＰ基板（２１）上に１ｎ
ＧａＡｓＰ光導波路層（２２）、ＩｎＰクラッド層（２
３）、ＩｎＧａＡｓＰキ’ｒツブ層（２４）を順次積層
し、２本の導波路が交わる部分の直上に電圧印加用の電
極が形成されている。

第５図において、左上の導波路から入射した光は、電極
に電圧を印加しない場合、交差の部分はまっすぐ通過し
右下の導波路から出射する。電極に電圧を加えると電気
光学効果により電極直下の光導波路層の屈折率が下がり
、この結果光波は交差部分で反射され右上の導波路より
出射する。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、前述の従来技術の反射型光スイッチは、ｍ−ｖ
族化合物半導体であるＩｎＧａＡｓＰにより光導波路層
が形成されているため、Ｉ　ｎＧａＡｓＰのエネルギー
ギャップに近いか、あるいはそれより大きい光子エネル
ギーを有する光を導波しようとすると吸収損失が大きく
なり、伝搬効率の低下が避けられなかった。

また、従来技術ではエツチングにより凹部を形成した戸
板上に光導波路層をエピタキシャル成長していたため、
光導波路層の膜質の低下は避けられず、散乱損失による
伝搬効率の低下を招いていた。しかも長い工程を経て光
導波路が形成されるため、最終的な歩留りは低かった。

そこで本発明はこの様な課題を解決する゛もので、その
目的とするところは伝搬効率の高い反射型光スイッチを
、簡略なプロセスで歩留りよく製造するところにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の反射型光スイッチは、２本の光導波路がある角
度を持って交差し、交差部分に電圧印加用の電極が具備
されている反射型光スイッチにおいて、該光導波路は基
板上に少なくとも］Ｉ　−■族化合物半導体よりなるク
ラッド層と、該クラッド層よりも屈折率が大なるＩ［−
ＶＴ族化合物半導体よりなる光導波層を有し、上記各層
のうち少なくとも１層は選択エピタキシャル成長したこ
とを特徴とする。

［実　施　例］ 第１図は、本発明の実施例における反射型光スイッチの
上面図、および断面図である。

１１はＧａＡｓ基板、１２はＺｎＳよりなる下側クラッ
ド層、１３はＺｎ５ｅよりなる光導波路層、１４はＺｎ
Ｓよりなる上側クラッド層である。

Ｚｎ５ｅ、ＺｎＳの屈折率はそれぞれ　２．５３．２．
３１で、接合に垂直方向にはこの大きな屈折率段差によ
り有効に光が閉じ込められる。また接合に平行方向には
、屈折率が２．５３の光導波路層を屈折率　１．４のＳ
ｉＯ２（１５）ではさんだ構造になっており、光の導波
路層内への閉じ込めは十分に行われている。１６は電極
で、電圧を印加することにより導波路層の屈折率を局所
的に変化させ、光波の導波方向を選択する。

本発明の反射型光スイッチの動作を第２図を用いて説明
する。いま光導波路層の実効屈折率を電極直下、その他
の部分でそれぞれｎｌ、ｎ２とおく。

第２図で左上から進んできた入射光は、電極に電圧が印
加されていないとき、すなわちｎ　１＝１２のとき、交
差部分をまっすぐ通過し■の導波路より出射する。とこ
ろが電極に電圧を印加すると、光電界効果によって　ｎ
＋＜ｎ２となり、電極直下の光導波路層の屈折率がその
他の部分に比べて小さくなる。その結果、光波は第２図
右上（■）の導波路に導波される。以上の様に、電極に
加える電圧をｏｎ、ｏｆｆすることによって入射光を任
意の導波路から取り出すことができる。

次に本発明の反射型光スイッチの製造工程を第３図を用
いて説明する。

まず、ＧａＡｓ基板（１１）を準備し、モノシラン（Ｓ
ｉＨ２）を原料とする熱ＣＶＤ法によって５Ｉ０２膜を
基板上に蒸着する。次いでフォトリソグラフィー工程に
より光導波路を作成する部分の３１０２膜を除去し、選
択成長のためのマスクを形成する。（第２図（ａ）） さらに、上記３１０２をマスクとして下側クラッド層（
１２）、光導波路層（１３）上側クラ・ノド層（１４）
を順次エピタキシャル成長する。各層の膜厚は、それぞ
れ１．６μｍ、１．０μｍ、０゜３μｍとする。原料は
亜鉛ソースとしてジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）、硫黄ソー
スとしてジメチル硫黄（ＤＭＳ）、セレンソースとして
ジメチルセレン（ＤＭＳｅ）の各有機金属化合物を用い
、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により成長を
行う。Ｚｎ５ｅとＺｎＳのへテロ接合は、ＤＭＺｎを流
したまま、ＤＭＳとＤＭＳｅの各ガスラインのバルブの
切り替えを行うことにより形成する。

成長条件は成長圧力　１００ｔｏｒｒ以下、成長温度が
、４００℃以上７００℃以下、■族原料と■族原料の原
料供給比が６以下とする。上記の方法により選択成長を
行うと、ＳｉＯ２膜がマスクとなり、マスク上には何も
付着することなく、マスクのない部分にのみ選択的にＩ
Ｉ−ＶＩ族化合物岸導体がエピタキシャル成長する。以
上の様にしてダブルへテロ構造光導波路を選択成長した
後、マスクの５ｉ０２膜を除去し電極を蒸着すると、■
−■族化合物半導体よりなる反射型光スイッチが完成す
る。

なお、光導波路層、クラッド層の組合せとして、Ｚｎ５
ｅ−ＺｎＳ系のみでな（、下の表１の様な組合せも可能
である。光導波路のエピタキシャル成長は、該当元素の
有機金属化合物を用いたＭＯＣＶＤ法による。

表１ また本実施例では、原料の有機金属化合物として、Ｄ　
Ｍ　Ｚ　ｎ等のメチル誘導体を用いて説明を行ったが、
ジエチル亜鉛（Ｄ　Ｅ　Ｚ　ｎ）等のエチル誘導体や、
その他のアル牛ル金属化合物の利用も可能である。選択
成長のためのマスクも、５ｉｎ２に限らず、８１３Ｎ４
等の絶縁膜が使用可能である。

各層の膜厚としては、本実施例の説明では下側クラッド
層、光導波路層、上側クラッド層、それぞれ　１．５μ
ｍ、１．０μｍ、０．３μｍとしたが、必ずしも上記膜
厚である必要はな（、下側クラッド層が　１．０μ以上
、光導波路層が　１．５μｍ以下、上側クラッド層が０
．３μｍ以下であれば光波は有効に光導波路に閉じ込め
られると同時に、高い消光比でスイッチングを行うこと
ができる。

また、実施例の説明では下側クラッド層、光導波路層、
上側クラッド層よりなるダブルへテロ構造を有し、かつ
界面に平行方向には光導波路層を３１０２ではさむこと
により屈折率段差を得る第４図（ａ）のような構造の反
射型光スイッチを用いて説明を行ったが、この他にも第
４図に示す様な構造の導波路構造によっても本発明の反
射型光スイッチは実現できる。

（ｂ）は上側クラッド層を省略したものである。

（ａ）の構造の場合、上側クラッド層はクラッド層内で
の電圧降下を最小限に抑えるため、下側クラッド層に比
べ膜厚を薄く設定している。光導波路層に電圧を印加す
る場合、電極は少しでも光導波路層に近い方が効率よく
電圧を印加することができる。第４図（ｂ）の様に、上
側クラッド層を省略すると光導波路層に大きな電圧を印
加すること可能になる。　（Ｃ）は光導波路層の側面を
ＺｎＳによって埋め込んだもので、導波路層の側面を３
１０２ではさんでいる場合に比べ、工程数は増えるもの
の導波光の１次モードが力・タトオフとなる導波路幅が
大きくなり、プロセス上のマージンが大きくなる。

本発明の反射型光スイッチは、光導波路層が大きなエネ
ルギーギャップを有するＩＩ−ＶＩ族化合物半導体によ
り形成されている。従って従来からあるｍ−ｖ族化合物
半導体よりなる光導波、路よりも導波中の吸収損失が小
さく抑えられる。また導波路構造のエピタキシャル成長
後は、マスクの３１０２を除去するだけなので、エツチ
ングあるいは拡散等により生しる導波路領域の表面荒れ
、膜質の低下を防ぐことができ、このことは散乱損失の
減少に大きく貢献する。

また、波長の異なる２種類以上の光波を同時に導波した
場合でも、２本の光導波路が成す角度がスネルの法則に
より規定される臨界角よりも小さければ、波長に関係な
く完全に反射される。従って、マルチモード光スイッチ
として用い場合でも、単一波長の光を導波した場合と同
様、高い消光比の値が得られる。

［発明の効果］ 本発明の反射型光スイッチは以下のような効果を有する
。

（１）導波路層がエネルギーギャップの大きな■−■族
化合物半導体により形成されるているため、導波光の短
波長化が可能となる。またＩＩ−ＶＩ族化合物半導体の
有するワイド・バンドギャップゆえに、従来と同じ波長
領域の光（１μｍ帯）を導波した場合でも、光導波路に
おける吸収損失は従来に比べ大幅に低く抑えることがで
きる。本発明の反射型光スイッチは、６００　ｎｍとい
う短波長の光波に対しても極めて低い伝搬損失でスイッ
チングすることができる。

（２）光導波路を選択成長により形成するので、成長後
エツチング、あるいは拡散等の工程を行う必要がなく、
このことは後工程による膜質の低下、あるいは表面荒れ
を未然に防ぐことができる。特に、導波路層側面はエツ
チングによって形成する場合に比べ平坦な面を得ること
ができ、導波光の散乱損失を小さ（抑えることが可能で
ある。

（３）ＭＯＣＶＤ法を光導波路の成長手段として用いる
ため、膜厚の制御性、再現性に優れている。

また他の成長方法と比べてウェハの大面積化が可能であ
り、量産化に適している。

（４）スイッチングが屈折率変化に基づく全反射によっ
ている。従って、マルチモード光導波路の光スィッチと
して用いた場合でも、単一モードの光をスイッチングす
る場合と同様、高い消光比の値が得られる。

（５）工程が極めて簡単かつ短いので、歩留りが向上す
る。特に半導体レーザ等、他のデバイスと同一基板上に
モノリシックアレイとして集積する場合、簡略なプロセ
ス、高い歩留りは必要条件であり、本発明の反射型光ス
イッチはこの条件を十分満足する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、　　（ｂ）は本発明の反射型光スイッチ
の上面図及び断面図。 第２図（ａ）、　　（ｂ）は本発明の反射型光スイッチ
の作用を示す図。 第３図（ａ）〜（Ｃ）は本発明の製造工程を示す断面図
。 第４図（ａ）〜（ｃ）は本発明の他の実施例を示す断面
図。 第５図（ａ）、　　（ｂ）は従来の反射型光スイッチの
例を示す図。 １１　　ＧａＡｓ基板 工２ 下側クラッド層 光導波路層 上側クラッド層 ＳｉＯ２マスク 電圧印加用電極 ３１０２膜 ＩｎＰ基板 光導波路層 上側クラッド層 キャップ層 ５１０２膜 電圧印加用電極 Ａ′ 以　　上 出願人　セイコーエプソン株式会社 代理人弁理士　鈴木喜三部（他１名） Ａ′ （久） 八、； 九 （ｂ） 八１〈 ）′ｔ２ （久） （ト） （久） （ｂ） ＄５１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ２本の光導波路がある角度を持って交差し、交差部分に
   電圧印加用の電極が具備されている反射型光スイッチに
   おいて、該光導波路は基板上に少なくともII−VI族化合
   物半導体よりなるクラッド層と、該クラッド層よりも屈
   折率が大なるII−VI族化合物半導体よりなる光導波層を
   有し、上記各層のうち少なくとも１層は選択エピタキシ
   ャル成長したことを特徴とする反射型光スイッチ。