JPH02251936A - 反射型光スイッチ - Google Patents
反射型光スイッチInfo
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- JPH02251936A JPH02251936A JP7420689A JP7420689A JPH02251936A JP H02251936 A JPH02251936 A JP H02251936A JP 7420689 A JP7420689 A JP 7420689A JP 7420689 A JP7420689 A JP 7420689A JP H02251936 A JPH02251936 A JP H02251936A
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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。
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。
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４図は
アプライド・フィジックス・レター（Ａｐｐｉ、Ｐｈｙ
ｓ、Ｌｅｔｔ）５０ （３）、 １４１に記載された
キャリア注入型光スイ・又チの例である。Ｘ字型の溝部
を有するＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓＰよりなる光導波
路層、ＩｎＰクラッド層、ＩｎＧａＡｓＰキャップ層を
液相成長法により順次積層し、Ｚｎ拡散によりキャリア
注入領域を設けている。
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４図は
アプライド・フィジックス・レター（Ａｐｐｉ、Ｐｈｙ
ｓ、Ｌｅｔｔ）５０ （３）、 １４１に記載された
キャリア注入型光スイ・又チの例である。Ｘ字型の溝部
を有するＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓＰよりなる光導波
路層、ＩｎＰクラッド層、ＩｎＧａＡｓＰキャップ層を
液相成長法により順次積層し、Ｚｎ拡散によりキャリア
注入領域を設けている。
第４図において、左上の導波路から入射した光は、キャ
リアを注入しない場合、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。光導波路層にキャリアを注入
するとプラズマ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。
リアを注入しない場合、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。光導波路層にキャリアを注入
するとプラズマ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。
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基
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。
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。
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
（１）２本の光導波路がある角度を持って交差し、交差
部分にキャリア注入用電極が形成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■−
■族化合物半導体よりなる一伝導型のクラッド層と、該
クラッド層よりも屈折率が大なるＩＩ−ＶＩ族化合物半
導体よりなる一伝導型の光導波層を有し、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。
部分にキャリア注入用電極が形成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■−
■族化合物半導体よりなる一伝導型のクラッド層と、該
クラッド層よりも屈折率が大なるＩＩ−ＶＩ族化合物半
導体よりなる一伝導型の光導波層を有し、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。
（２）クラッド層、及び光導波路層の伝導型がｎ型であ
ることを特徴とする。
ることを特徴とする。
［実 施 例コ
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。
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。
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５
Ｉ０２ （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、光導波路層にキャリアを注入することにより屈
折率を局所的に小さくし、光波の導波方向を選択する。
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５
Ｉ０２ （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、光導波路層にキャリアを注入することにより屈
折率を局所的に小さくし、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（ａ）、
（ｂ）を用いて説明する。い友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ｈ ｎ Ｈ１ｎ２
とおく。第２図（ａ）で左上から進んできた入射光は、
キャリアを注入しない場合、すなわちｎ１＝ｎ２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。
（ｂ）を用いて説明する。い友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ｈ ｎ Ｈ１ｎ２
とおく。第２図（ａ）で左上から進んできた入射光は、
キャリアを注入しない場合、すなわちｎ１＝ｎ２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、プラズマ効果によっ
て ｎｌ＜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
屈折率が小さくなった電極直下の部分で反射され第２図
（ｂ）右上（■）の導波路に導波される。以上の様に、
光導波路に対するキャリアの注入の有無によって入射光
を任意の導波路から取り出すことができる。
て ｎｌ＜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
屈折率が小さくなった電極直下の部分で反射され第２図
（ｂ）右上（■）の導波路に導波される。以上の様に、
光導波路に対するキャリアの注入の有無によって入射光
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（ａ
）〜（Ｃ）を用いて説明する。
）〜（Ｃ）を用いて説明する。
まず、ＧａＡｓ基板（１１）を準備し、モノシラン（Ｓ
Ｉ Ｈａ ）を原料とする熱ＣＶＤ法によってＳｉｏ
２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５１０２膜を除去
し、選択成長のためのマスクを形成する。（第３図（ａ
）） さらに、上記５１０２をマスクとして下側クラッド層（
１２）、光導波路層（１３）上側クラッド層（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
１．５μｍ、１．０μｍ５１゜５μｍ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（ＤＭＳ ｅ）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ＤＭＳ ｅ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。
Ｉ Ｈａ ）を原料とする熱ＣＶＤ法によってＳｉｏ
２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５１０２膜を除去
し、選択成長のためのマスクを形成する。（第３図（ａ
）） さらに、上記５１０２をマスクとして下側クラッド層（
１２）、光導波路層（１３）上側クラッド層（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
１．５μｍ、１．０μｍ５１゜５μｍ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（ＤＭＳ ｅ）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ＤＭＳ ｅ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、５１０２膜がマスクとなり、マスク上には何も
付着することな（、マスクのない部分にのみ選択的にＩ
Ｉ−ＶＩ族化合物半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ＳｉＯ２膜を除去し、キャリア注入用の電
極を蒸着すると、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体よりなる反
射型光スイッチが完成する。
、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、５１０２膜がマスクとなり、マスク上には何も
付着することな（、マスクのない部分にのみ選択的にＩ
Ｉ−ＶＩ族化合物半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ＳｉＯ２膜を除去し、キャリア注入用の電
極を蒸着すると、ＩＩ−ＶＩ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。
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、ＤＭ
Ｚｎ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（ＤＥＺｎ）等のエチル誘導体や、その他のアル
キ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、ＳｉＯ２に限らず、５１３Ｎ４等の絶縁膜が
使用可能である。
Ｚｎ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（ＤＥＺｎ）等のエチル誘導体や、その他のアル
キ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、ＳｉＯ２に限らず、５１３Ｎ４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、１．５μｍとしたが、必ずしも上記膜
厚である必要はなく、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
１．０μｍ以上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。
層、光導波路層、上側クラッド層、それぞれ １．５μ
ｍ、１．０μｍ、１．５μｍとしたが、必ずしも上記膜
厚である必要はなく、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
１．０μｍ以上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。
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Ｓｉｏ２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じ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。
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Ｓｉｏ２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じ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
（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。
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
（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。
［発明の効果コ
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■−ＶＩ
族化合物半導体により形成されるでいるため、導波光の
短波長化が可能となる。またｎ−ｖｒ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、６００ｎｍ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。
族化合物半導体により形成されるでいるため、導波光の
短波長化が可能となる。またｎ−ｖｒ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、６００ｎｍ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く抑えることが可能で
ある。
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く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。
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、量産に適している。
り、量産に適している。
（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。
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）本発明の反射型光スイッチは、−導波路層の屈折
率を変化させる手段としてキャリアの注入によるプラズ
マ効果を利用している。導波路層の一部に電圧を印加し
、電気光学効果を利用して導波路層の屈折率を変化させ
ている反射型光スイッチに比べ、得られる屈折率変化の
値は１〜２桁大きく、２本の導波路が交わる角度を大き
く取ることができる。
率を変化させる手段としてキャリアの注入によるプラズ
マ効果を利用している。導波路層の一部に電圧を印加し
、電気光学効果を利用して導波路層の屈折率を変化させ
ている反射型光スイッチに比べ、得られる屈折率変化の
値は１〜２桁大きく、２本の導波路が交わる角度を大き
く取ることができる。
（６）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。
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。
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。 竿３図（ａ）〜（Ｃ）は本発明の製造工程を示す断面図
。 第４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 １２ 下側クラッド層 １３ 光導波路層 １４ 上側クラッド層 １５ ！３１０２マスク キャリア注入用電極 Ｓ１０２膜 ＩｎＰ基板 下側クラッド層 光導波路層 キャップ層 Ｓ１０２マスク キャリア注入用電極 以 上 代理人弁理士 鈴木喜三部（“他１名）Ａ′ （Ｑ） ｈｌ：八λ （ｈン 馬〈九 （スン （ｂ］ （Ｃン
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。 竿３図（ａ）〜（Ｃ）は本発明の製造工程を示す断面図
。 第４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 １２ 下側クラッド層 １３ 光導波路層 １４ 上側クラッド層 １５ ！３１０２マスク キャリア注入用電極 Ｓ１０２膜 ＩｎＰ基板 下側クラッド層 光導波路層 キャップ層 Ｓ１０２マスク キャリア注入用電極 以 上 代理人弁理士 鈴木喜三部（“他１名）Ａ′ （Ｑ） ｈｌ：八λ （ｈン 馬〈九 （スン （ｂ］ （Ｃン
Claims (2)
- （１）２本の光導波路がある角度を持って交差し、交差
部分にキャリア注入用電極が形成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一伝導型のクラッド層と、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
よりなる一伝導型の光導波層を有し、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。 - （２）クラッド層、及び光導波路層の伝導型がｎ型であ
ることを特徴とする請求項１記載の反射型光スイッチ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7420689A JPH02251936A (ja) | 1989-03-27 | 1989-03-27 | 反射型光スイッチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7420689A JPH02251936A (ja) | 1989-03-27 | 1989-03-27 | 反射型光スイッチ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02251936A true JPH02251936A (ja) | 1990-10-09 |
Family
ID=13540482
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7420689A Pending JPH02251936A (ja) | 1989-03-27 | 1989-03-27 | 反射型光スイッチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02251936A (ja) |
-
1989
- 1989-03-27 JP JP7420689A patent/JPH02251936A/ja active Pending
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