JPH02298923A

JPH02298923A - 半導体光スイッチ

Info

Publication number: JPH02298923A
Application number: JP11962689A
Authority: JP
Inventors: Shinzo Suzaki; 慎三須崎
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1989-05-12
Filing date: 1989-05-12
Publication date: 1990-12-11

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】［産業上の利用分野コ本発明は光通信等において光路の切換及び外部変調用ス
イッチング素子に使用される半導体光スィッチに関し、
光ファイバとの結合効率及び消光比が優れた半導体光ス
ィッチに関する。

［従来の技術］第４図は従来の化合物半導体光スィッチを示す斜視図、
第５図は第４図の■−■線による断面図、第６図は第４
図のＶＩ−ＶＩ線による断面図である。

ｎ型ＩｎＰ基板１１上には埋込層１３及び導波路２０が
形成されており、全面に絶縁膜１７が被覆されている。

導波路２０は平面視でＸ字形に形成されており、その交
差部において絶縁膜１７が矩形に開口され、この開口部
にｐ型電極１８が形成されている。この交差部が光スィ
ッチのスイッチング部となっている。

導波路２０は、第５図及び第６図に示すように構成され
ている。即ち、ｎ型１ｎＰ基板１１上の所定領域にｎ型
の第１のＩｎＰ層１２が形成されており、この第１のＩ
ｎＰ層１層上２ＩｎＧａＡｓＰからなる導波路層１４が形成されている
。そして、この導波路層１４上にｐ型の第２のＩｎＰ層
（クラッド層）１Ｂが形成されている。交差部において
は、絶縁膜１７に設けた開口部を介して第２のＩｎ２層
１６の表面にＺｎを拡散導入することにより、ｐ型電極
１８が形成されている。

光ファイバは上述の如く構成された半導体光スィッチの
導波路２０の端部に接続される。そして、第７図（ａ）
に示すように、導波路２０の端部ａから入射した光は導
波路２０を矢印で示すように進み、端部ｄから出射する
。このとき、第１及び第２のＩｎＰ層１２．１８は光が
外部へ放散しないように、導波路層１４との間の屈折率
の差により導波路層１４内に光を閉じ込める作用を有す
る。

一方、電極１８に電圧を印加して導波路２０内に電流（
キャリア）を注入すると、電極１８の直下域の導波路層
１４の屈折率が減少する。このため、第７図（ｂ）に矢
印で示すように、導波路２０の端部ａから入射した光は
屈折率が異なる導波路層１４の界面でフレネル反射して
導波路２０の端部Ｃから出射する。このようにして、光
の伝達経路を電気的に変更することができる。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、従来の半導体光スィッチにおいては、ｐ
型電極１８と導波路層１４との間に第２のＩｎ２層１６
が存在しているため、注入されたキャリアがこの第２の
ＩｎＰ層１層内６内波路２０の幅方向に拡散した後、導
波路層１４に到達する。そうすると、屈折率が変化する
導波路層１４の領域が導波路層１４の略々全域に広がる
ため、屈折率差により反射を起こさせることが困難にな
り、スイッチングができなくなる。この欠点を回避する
ためには第２のＩｎ２層１６の厚さを薄くすることが考
えられるが、前述の如く第２のＩｎ２層１６は光が導波
路層１４から放散しないように設けるものであり、この
ためには少なくとも　１μｍ以上の厚さが必要となる。

この程度の薄さではキャリアの幅方向の拡散を抑制する
効果が少ない。

また、従来の半導体光スィッチでは幅が極めて狭い導波
路層１４を形成する必要があり、製造が難しいという欠
点もある。即ち、通常導波路層１４の組成波長は、吸収
損失を考慮して、導波光の波長に比して短波長の組成に
する。例えば、導波光の波長が１．５５μｍの場合、導
波路層１４の組成波長は１．３μｍ程度になるようにし
ている。しかし、Ｉ　ｎＧａＡｓＰ導波路層１４と、こ
の導波路層１４を上下から挾む第１及び第２のＩｎ２層
１６．１２とは、その比屈折率差が大きいため、単一モ
ード条件を滴定するためには導波路層１４の厚さを０．
５μｍとしても、導波路層１４の幅は３μｍ程度である
必要がある。しかしながら、このように幅が狭い導波路
２０及び交差部を形成することは極めて困難である。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
確実な光のスイッチングが可能であると共に、作製が容
易な半導体光スィッチを提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明に係る半導体光スィッチは、第１導電型ＩｎＰ基
板と、このＩｎＰ基板上に形成された第２導電型の第１
のＩｎＰ層と、この第１のＩｎＰ層の所定領域に開口さ
れた開口部と、この開口部を埋め込むと共に前記第１の
ＩｎＰ層上に形成され前記開口部に埋め込まれた部分で
前記ＩｎＰ基板と接続された第１導電型の第１の中間層
と、この第１の中間層上に形成されたＩｎＧａＡｓＰ導
波路層と、この導波路層上に形成された第２導電型の第
２の中間層と、この第２の中間層上に形成された第２導
電型の第２のＩｎＰ層とを有し、前記導波路層の屈折率
が前記第１及び第２のＩｎＰ層のそれより大きく、前記
第１及び第２の中間層は前記導波路層と前記第１及び第
２のＩｎＰ層との中間の屈折率を有することを特徴とす
る。

［作用］本発明においては、第１導電型ＩｎＰ基板上に形成され
た第２導電型の第１のＩｎＰ層に開口部が設けられてお
り、この開口部を埋込む七共に、前記第１のＩｎＰ層上
に積層させて第１導電型の第１の中間層が形成されてい
る。そして、導波路層はこの第１の中間層上に形成され
ている。これにより、スイッチングを行う場合、キャリ
アは第１導電型ＩｎＰ基板から前記開口部に埋込まれた
部分の前記第１の中間層を介して導波路層に供給される
。この場合、前記開口部内の狭い領域を通過したキャリ
アが導波路層に注入されるので、電圧の印加により注入
されるキャリアの幅方向の拡散が抑制され、屈折率が変
化する導波路層の領域を前記開口部により決まる所定の
領域に限定することができる。従って、交差部において
、十分なフレネル反射を得ることができ、確実にスイッ
チング動作させることができる。

また、本発明においては、前記導波路層を間に挾む第１
及び第２の中間層は、前記第１及び第２のＩｎＰ層と導
波路層との中間の屈折率を有しているため、各層間の比
屈折率差を低減できる。これにより、単一モード条件を
滴定できる導波路の幅が従来に比して拡大できるため、
半導体光スィッチの製造が容易になる。

［実施例コ次に、本発明の実施例について添付の図面を参照して説
明する。

第１図は本発明の実施例に係る半導体光スィッチを示す
平面図、第２図は第１図の■−■線による断面図、第３
図は第１図のＩＩＩ−ＩＩＩ線による断面図である。

ｐ型ＩｎＰ基板１上には基板１から上方に突出した形状
で平面視でＸ字形をなすように導波路２０ａが形成され
ている。この導波路２０ａは以下に示すように構成され
ている。

ｐ型ＩｎＰ基板１上の所定領域にｎ型の第１のＩｎＰ層
（ブロック層）２が形成されており、この第１のＩｎＰ
基板１は導波路２０ａの交差部においてその中央で矩形
に開口された開口部を有している。この第１のＩｎＰ層
２上にはｐ型不純物が導入されたＩｎＧａＡｓＰからな
る第１の中間層３が形成されており、前記開口部はこの
第１の中間層３の構成材料により埋込まれている。この
第１の中間層３上にはアンドープＩ　ｎＧａＡｓＰから
なる導波路層４が形成されている。そして、この導波路
層４上にはｎ型のＩｎＧａＡｓＰからなる第２の中間層
５が形成されており、この第２の中間層５上にはｎ型不
純物が導入された第２のＩｎＰ層６が形成されている。

導波路２０ａの上面及び側面並びに基板１上には絶縁膜
７がこれらを被覆するように被着されており、導波路２
０ａの交差部上の部分の絶縁膜７は矩形に開口されてい
る。そして、この開口部内にＡｕ−８ｎ合金又はＡｕ−
Ｇｅ−Ｎｉ合金等からなるｎ型電極８が第２のＩｎＰ層
６に接続して形成されている。絶縁膜７上の所定領域に
はこのｎ型電極８と接続されるようにして金属膜が形成
されており、この金属膜の端部は導波路２０ａの側方の
基板１上に引き出され、この部分が円形に成形されてボ
ンディング用バッド９が形成されている。また、ＩｎＰ
基板１の下面にはｐ型電極１０が形成されている。

本実施例の半導体光スィッチは上述の如く構成されてお
り、ｐ型電極１０を正電位側とし、ポンディングパッド
９を負電位側として電圧を印加すると、キャリアはｐ型
の基板１から第１のＩｎＰ層２の開口部に埋込まれたｐ
型の第１の中間層３を介して導波路層４に注入される。

この第１の中間層３の前記開口部内の部分を通過したも
ののみが導波路層４に注入されるので、キャリアは横方
向、即ち、基板表面と平行の方向には実質的に拡散せず
に前記開口部の直上域の導波路層４に到達する。そして
、この限定された領域の導波路層４の屈折率が変化する
。これにより、導波路２０ａを進行する光は交差部にて
フレネル反射してその進路を変更する。

このように、本実施例に係る半導体光スィッチは極めて
狭い領域にて導波路層４の屈折率を変化させることがで
きるので、理想的なフレネル反射が可能であり、消光比
が低いと共に、確実なスイッチング動作が得られる。ま
た、第１及び第２の中間層３，５はｐ型又はｎ型不純物
を含有したＩｎＧａＡｓＰにより形成されており、その
屈折率は第１及び第２のＩｎＰ層２，６並びに基板１の
構成材料であるＩｎＰの屈折率より大きく、導波路層４
の構成材料であるアンドープＩｎＧａＡｓＰよりは小さい。これにより、各層間の比
屈折率差が低減されるため、単一モード条件を満たすこ
とができる導波路の幅を従来に比して拡大できるので、
半導体光スィッチの製造が容易になる。更に、導波路の
出射端部における出射スポットの形状が従来よりも一層
円形に近づくため、光ファイバとの結合効率が向上する
。

なお、本実施例の半導体光スィッチは導波路が基板上に
突出した形状であるが、導波路をボリイミＦ等の有機絶
縁物又は半絶縁性のＩｎＰ結晶等に埋込むことにより、
光スィッチの上面を平滑にすることもできる。

また、導波路層をマルチφクオンタム・ウェル（ｌｌｌ
ｕｌｔｌ−Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｗｅｌｌ）構造にして、こ
の量子効果で屈折率の変化量を大きくすることも可能で
ある。

［発明の効果コ以上説明したように本発明によれば、導波路と第１及び
第２のＩｎＰ層との間に両者の中間の屈折率を有する第
１及び第２の中間層が形成されているから、各層間の比
屈折率差を低減でき、これにより、従来に比して導波路
の幅を広くできるため、本発明に係る半導体光スィッチ
は製造が容易であると共に、光ファイバとの結合効率が
高い。

また、第１の中間層はＩｎＰ基板と同一の導電型であり
、第１のＩｎＰ層に設けられた開孔部を介してＩｎＰ基
板と接続されているから、スイッチング電圧を印加した
場合には、導波路層の狭い所定領域にのみキャリアを注
入することができる。

このため、本発明に係る半導体光スィッチは消光比が高
く、確実なスイッチング動作が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る半導体光スィッチを示す
平面図、第２図は第１図の■−■線による断面図、第３
図は第１図の■−■線による断面図、第４図は従来の半
導体光スィッチを示す斜視図、第６図は第４図の■−■
線による断面図、第６図は第４図のＶｌ−Ｖｌ線による
断面図、第７図（ａ）及び（ｂ）は半導体光スィッチの
動作を示す平面図である。Ｌ　　１１；ＩｎＰ基板、２，１２：第１のＩｎＰ層、
３；第１の中間層、４．１４；導波路層、５；第２の中
間層、ｅ、ｔｅ：第２のＩｎＰ層、７．１７：絶縁膜、
８；ｎ型電極、θ；ボンディング用パッド、１０．１８
：ｐ型電極、２０，２０ａ；導波路

Claims

【特許請求の範囲】

（１）第１導電型ＩｎＰ基板と、このＩｎＰ基板上に形
成された第２導電型の第１のＩｎＰ層と、この第１のＩ
ｎＰ層の所定領域に開口された開口部と、この開口部を
埋め込むと共に前記第１のＩｎＰ層上に形成され前記開
口部に埋め込まれた部分で前記ＩｎＰ基板と接続された
第１導電型の第１の中間層と、この第１の中間層上に形
成されたＩｎＧａＡｓＰ導波路層と、この導波路層上に
形成された第２導電型の第２の中間層と、この第２の中
間層上に形成された第２導電型の第２のＩｎＰ層とを有
し、前記導波路層の屈折率が前記第１及び第２のＩｎＰ
層のそれより大きく、前記第１及び第２の中間層は前記
導波路層と前記第１及び第２のＩｎＰ層との中間の屈折
率を有することを特徴とする半導体光スイッチ。