JPH0279820A - Production of semiconductor optical switch - Google Patents

Production of semiconductor optical switch

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JPH0279820A
JPH0279820A JP23177788A JP23177788A JPH0279820A JP H0279820 A JPH0279820 A JP H0279820A JP 23177788 A JP23177788 A JP 23177788A JP 23177788 A JP23177788 A JP 23177788A JP H0279820 A JPH0279820 A JP H0279820A
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JP
Japan
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layer
type
waveguide layer
waveguide
gaas
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JP23177788A
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Japanese (ja)
Inventor
Shigeru Semura
滋 瀬村
Kazunori Kurima
栗間 一典
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

PURPOSE:To obtain a semiconductor optical switch generating scarce optical loss and having no dependency on wavelength by constituting a waveguide layer of a double hetero structure inserted between a first electroconducting type semiconductor substrate having a large forbidden band than the forbidden band of the waveguide layer and a second electroconducting type clad layer above the waveguide layer and an embedding layer therefor. CONSTITUTION:After forming an epitaxial layer 5 having a forbidden band smaller than the forbidden band of a semiconductor substrate 2 and smaller carrier concentration on a first electroconducting type semiconductor substrate 2 by epitaxial growth, a waveguide layer 6 is formed by etching the epitaxial layer 5 selectively. Then, a second electrconducting type clad layer 10 having a larger forbidden band than the forbidden band of the waveguide layer 6 and a higher carrier concn. is formed above the waveguide layer 6 and an embedding layer 8 by forming an embedding layer 8 having a larger forbidden band than that of the waveguide layer on both sides of the waveguide layer 6. Thus, the waveguide layer 6 has a double hetero structure inserted from above and below between a first electroconducting type semiconductor substrate 2 having a forbidden band larger than the forbidden band of the waveguide layer 6 and a second electroconducting type clad layer 10. Thus, optical switching with high light extinction ratio has become possible.

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いn型1nP基板
とp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光導波路層にキ
ャリアを注入する。そしてこのInGaAs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
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 heterostructure sandwiched between an n-type 1nP substrate with a larger forbidden band and a p-type 1nP grading layer, and current flows in the forward direction in the p-n junction of this double heterostructure. to inject carriers into the InGaAs optical waveguide layer. The refractive index is lowered by the plasma effect in this InGaAs optical waveguide layer.

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。
However, in the semiconductor optical switch disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-173519, 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。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・クロニツヒ(Kramers−Kro
nig )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60−134219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. The absorption edge wavelength of light is shifted by the band filling effect in this superlattice layer. Thus, Kramers-Kro
nig ), the refractive index near the absorption edge wavelength is lowered. However, in the semiconductor optical switch of JP-A No. 60-134219, the loss has not yet been sufficiently improved, and furthermore, the applicable wavelength of light is limited to almost match the bandgap energy Eg of the semiconductor. It has wavelength dependence, which limits its applications.

〔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の歩留りのよい製造方法を提
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 method for manufacturing a semiconductor optical switch with improved low loss characteristics and no wavelength dependence and a 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の製造方法は、第1導電
型の半導体基板上に禁止帯が半導体基板のそれより小さ
くかつキャリア濃度が低いエピタキシャル層を成長させ
る第1の工程と、エピタキシャル層を選択的にエツチン
グして導波路層を形成する第2の工程と、導波路層の両
側に禁止帯が導波路層のそれより大きい埋め込み層を形
成する第3の工程と、導波路層および埋め込み層上に禁
止帯が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導電型のクラッド層を形成する第4の工程と、ク
ラッド層の一部に低抵抗領域を形成する第5の工程と、
クラッド層の低抵抗領域上に第1の電極を形成すると共
に、半導体基板底面上に第2の電極を形成する第6の工
程とを備えることを特徴とする。
The method for manufacturing a semiconductor optical switch according to the present invention includes a first step of growing an epitaxial layer having a forbidden band smaller than that of the semiconductor substrate and a lower carrier concentration on a semiconductor substrate of a first conductivity type, and selectively growing an epitaxial layer. a second step of etching to form a waveguide layer; a third step of forming a buried layer on both sides of the waveguide layer with a forbidden band larger than that of the waveguide layer; and a third step of etching the waveguide layer and the buried layer. a fourth step of forming a second conductivity type cladding layer having a forbidden band larger than that of the waveguide layer and a high carrier concentration; a fifth step of forming a low resistance region in a part of the cladding layer;
The method is characterized by comprising a sixth 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.

〔作用〕[Effect]

本発明の方法により製造される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。
According to the semiconductor optical switch manufactured by the method of the present invention, the waveguide layer is sandwiched from above and below between the semiconductor substrate of the first conductivity type and the cladding layer of the second conductivity type, which has a forbidden band larger than the forbidden band of the waveguide layer. Due to the double heterostructure, a low refraction region is generated in a part of the waveguide layer due to the plasma effect, and incident light is totally reflected at the boundary thereof, regardless of 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.

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。
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
す平面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a cross section of a semiconductor optical switch manufactured according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view showing the plane thereof.

第1図において、例えばキャリア濃度2×1018 c
m −3のn+型Ga As基板2上に、キャリア濃度
I X 1018印−3、厚さ2pmのn 型AN  
Ga   As  (x−0,1)下部クラッドy、 
     1−x 層4が形成されている。このn 型AN Ga As下
部クラッド層4上には、キャリア濃度lX1015cI
T+−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の両側に
は、キャリア濃度I X 1015clI+−3以下の
n−型Aff  Ga   As  (x−0,02)
埋めx      l−x 込み層8が形成されている。さらに、これらのn−型G
a As導波路層6およびn−型AI GaAs埋め込
み層8上には、キャリア濃度1×]018cITl−3
、厚さ1μmのp+型A fl  G a l−xAs
  (x=0.1)クラッド層10が形成されている。
In FIG. 1, for example, the carrier concentration is 2×1018 c
n-type AN with a carrier concentration I x 1018 mark-3 and a thickness of 2 pm on an n+ type GaAs substrate 2 of m-3.
GaAs (x-0,1) lower cladding y,
1-x layer 4 is formed. On this n-type AN GaAs lower cladding layer 4, there is a carrier concentration lX1015cI.
A T+-3 n-type GaAs waveguide layer 6 is formed. On both sides of this n'''' type GaAs waveguide layer 6, n-type Aff GaAs (x-0,02) with a carrier concentration I x 1015clI+-3 or less is formed.
A buried x l-x buried layer 8 is formed. Furthermore, these n-type G
a On the As waveguide layer 6 and the n-type AI GaAs buried layer 8, there is a carrier concentration of 1×]018cITl-3
, 1 μm thick p+ type AflGal-xAs
(x=0.1) A cladding layer 10 is formed.

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AN Ga
 As下部クラッド層4とp 型AN Ga Asクラ
ッド層10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 this way, the n"" type GaAs waveguide layer 6 with a small forbidden band becomes the n+ type AN Ga with a larger forbidden band.
A so-called double heterostructure is formed between the As lower cladding layer 4 and the p-type AN Ga As cladding layer 10 from above and below.

そして、p 型A、17 Ga Asクラッド層8上に
はキャリア濃度lX10cm、厚さ0.5μmのp 型
Ga Asコンタクト層12が形成されている。
A p-type GaAs contact layer 12 having a carrier concentration of 1×10 cm and a thickness of 0.5 μm is formed on the p-type A, 17 GaAs cladding layer 8.

第1図および第2図に示されるように、p+型ARGa
 Asクラッド層10において、n−型Ga As導波
路層6の一半部に対応する領域に、例えば亜鉛(Zn 
)が添加されて抵抗が低くなっている低抵抗領域14が
形成されている。また、p+型Ga Asコンタクト層
12上には、厚さ1000 のシリコン窒化膜(Si3
N4膜)16および厚さ2000 のシリコン酸化膜(
SiO2膜)18が堆積されている。そして、p 型A
D Ga Asクラッド層10の低抵抗領域14上方の
シリコン窒化膜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p 型Ga Asコン
タクト層12に接続されているCr /Au IE極2
0が形成されている。さらに、n 型Ga As基板2
底面上にもAu Ge /Ni/Au電極22が形成さ
れている。
As shown in FIGS. 1 and 2, p+ type ARGa
In the As cladding layer 10, for example, zinc (Zn
) is added to form a low resistance region 14 whose resistance is low. Further, on the p+ type GaAs contact layer 12, a silicon nitride film (Si3
N4 film) 16mm thick and silicon oxide film (2000mm thick)
A SiO2 film) 18 is deposited. and p type A
A Cr/Au IE electrode 2 is connected to the p-type GaAs contact layer 12 through a contact hole opened in the silicon nitride film 16 and silicon oxide film 18 above the low resistance region 14 of the D GaAs cladding layer 10.
0 is formed. Furthermore, an n-type GaAs substrate 2
An Au Ge /Ni/Au electrode 22 is also formed on the bottom surface.

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、1
7 Ga Asクラッド層10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は入射ポート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 and 26 with waveguide width W are used.
intersect at an intersection angle of 2θ. That is, p+ type A, 1
7 Low resistance region 14 in GaAs cladding layer 10
and other regions of relatively high resistance, each intersects in the opposite direction 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 port 32 and an output boat 34.

次に、上記の装置の動作を説明する。Next, the operation of the above device 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10、n−型Ga As導波路層6、および
n+型AΩGa 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Aj2 Ga As
クラッド層10において、n−型Ga As導波路層6
の一半部に対応して低抵抗領域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 10, the n-type GaAs waveguide layer 6, and the n+-type AΩGaAs lower cladding layer 4, carriers are injected. However, p-type Aj2 Ga As
In the cladding layer 10, the n-type GaAs waveguide layer 6
Since the low resistance region 14 is formed corresponding to one half, carriers are injected into only one half of the n'''' type GaAs waveguide 6 through the low resistance region 14.

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AN Ga Asクラッド層10
に形成された低抵抗領域14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。
Therefore, the n″″ type Ga that is not located below the low resistance region 14
No carriers are injected into the other half of the As waveguide layer 6. That is, the p-type AN Ga As cladding layer 10
The low resistance region 14 formed in this region limits carrier injection to a predetermined region, and this limitation increases carrier 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 part decreases due to the plasma effect, and the refractive index decreases. 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の入射ポー
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、C
r/Au電極20とAu Ge /Ni /Au電極2
2との間に所定の電圧が加えられ、n−型Ga As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 port 28 of the waveguide 24 passes through the Cr/Au electrode 20
When no voltage is applied between the Ge /Nl /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
r/Au electrode 20 and Au Ge /Ni /Au electrode 2
When a predetermined voltage is applied between the n-type GaAs waveguide layer 24 and the refractive index of one half of the n-type GaAs waveguide layer 6, the refractive index change rate is expressed as the refractive index of the Δn1 waveguide 24.26. n, n
When the intersection angle between the boundary of two regions having different refractive indexes in the −-type GaAs waveguide layer 6 and the waveguide 24 is θ, 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, but is totally reflected at the boundary between the two regions of the n''' type GaAs waveguide layer 6 having different refractive indexes, and the light enters the waveguide 24. 26 to the output boat 34. In this way, switching for the incident light is performed.

そして、この第1の実施例によ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
1×1015cII+−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10のキ
ャリア濃度はI X 1018am−3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A、1lGa’Asク
ラッド層10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 according to the first embodiment, since the carrier concentration of the n'''' type GaAs waveguide layer 6 is as low as 1 x 1015cII+-3, free carrier absorption is suppressed to a low level, and optical absorption is suppressed. There is little loss due to Furthermore, since the carrier concentration of the p-type AN GaAs cladding layer 10 is as high as I x 1018 am-3, a plasma effect occurs throughout the carrier-injected n-type GaAs waveguide layer 6, and the carrier-injected n The refractive index decreases more rapidly in one half of the "" type GaAs waveguide layer 6. Even if the p+ type A, 11Ga'As cladding layer 10 has a high carrier content, it does not allow much light to enter, so there is little loss due to light absorption.

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、すなわち屈折率
の低いn−型AfIGa As埋め込み層8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G
a 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 n-type AfIGa As buried layer 8, which has a larger forbidden band than the As waveguide layer 6, that is, has a lower refractive index.
a The optical loss on the side wall 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 is lowered by carrier injection is used, it is possible to perform a wide switching action on light having an energy smaller than the forbidden band width of the n'''' type GaAs waveguide layer 6.

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i型GaAs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。
Note that in the first embodiment, the waveguide layer 6 is formed of n-type GaAs with a low carrier concentration;
Its conductivity type is not limited to n-type, and may be formed of, for example, p'''' type GaAs or i-type GaAs with a low carrier concentration. 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層4およびクラッド層10はそれぞ
れn 型およびp 型AI 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、p 型A
D Ga As下部クラッド層およびn+型AfIGa
 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、GB 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I
nGa 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 layer 4 and the cladding layer 10 which sandwich the n-type GaAs waveguide layer 6 in a double heterostructure are a combination of n-type and p-type AI GaAs, respectively, but their conductivity types are different from each other. Replaced with p type A
D GaAs lower cladding layer and n+ type AfIGa
It may also be a combination of As cladding layers. Of course, in this case, the substrate 2 will be a p+ type GaAs substrate. Furthermore, in the first embodiment, the optical switch is composed of a GB As-based semiconductor, but for example, an I
An optical switch having a similar structure can be constructed using other semiconductors such as nGaAsP-based or InP-based.

次に、本発明の第2の実施例により製造される半導体光
スイッチを説明する。
Next, a semiconductor optical switch manufactured according to a second embodiment of the present invention will be described.

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
示す平面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing the cross section of a semiconductor optical switch manufactured according to the second embodiment of the present invention, 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2×1018cl
l−3のp+型Ga As基板42上に、キャリア濃度
lX1018cm−3、厚さ24mのp 型AN  G
a   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p 型Aj! GaAs
下部クラッド層44上には、キャリア濃度1×1015
cIT+−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4
6の両側には、キャリア濃度1×10110l5以下の
n−型Ag Ga x  l−xAs(xm O,02)埋め込み層48が形成されている。さらに、
これらのn−型Ga As導波路層46およびn−″型
AI Ga As埋め込み層48上には、キヤリア濃度
lX10cm、厚さ1μmのn 型AΩ Ga   A
s  (xm0.1)クラッド層x   1−x 50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p+型AN Ga As下部クラッド層44とn
+型Ajll Ga Asクラッド層50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
。そしてn 型Aj)Ga Asクラッド層48上には
、キャリア濃度lX1018−3、厚さ0.5μmのn
 型Ga As :7ンタクm ト層52が形成されている。
In FIG. 3, for example, the carrier concentration is 2×10 18 cl.
On the l-3 p+ type GaAs substrate 42, a p-type AN
a As (x-0,1) lower cladding x
A l-x layer 44 is formed. This p type Aj! GaAs
The lower cladding layer 44 has a carrier concentration of 1×10 15
An n-type GaAs waveguide layer 46 of cIT+-3 is formed. Then, this n″″ type GaAs waveguide layer 4
An n-type AgGaxl-xAs(xmO,02) buried layer 48 having a carrier concentration of 1x10110l5 or less is formed on both sides of the layer 6. moreover,
On these n-type GaAs waveguide layer 46 and n-'' type AI GaAs buried layer 48, an n-type AΩ Ga
A s (xm0.1) cladding layer x1-x50 is formed. In this way, the n-type GaAs waveguide layer 46, which has a small forbidden band, is connected to the p+-type AN GaAs lower cladding layer 44, which has a larger forbidden band.
A so-called double heterostructure is formed which is sandwiched between the + type AJll GaAs cladding layer 50 from above and below. Then, on the n-type Aj)GaAs cladding layer 48, an n-type film with a carrier concentration lX1018-3 and a thickness of 0.5 μm is
A GaAs type 7-tact layer 52 is formed.

第3図および第4図に示されるように、n 型AN G
a Asクラッド層50において、n−型Ga As導
波路層6の中央部に対応する領域に、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n 型Ga Asコンタクト層52上に
は、厚さ1000のシリコン窒化膜56および厚さ20
00 のシリコン酸化膜58が堆積されている。n 型
AJ7 Ga Asクラッド層50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Ga As
コンタクト層52に接続されているAu Ge /Ni
 /Au電極60が形成されている。さらに、p 型G
a As基板42の底面上にもCr/Au電極62が形
成されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, n-type AN G
In the a As cladding layer 50, a low resistance region 54 is formed in a region corresponding to the center of the n-type GaAs waveguide layer 6, to which zinc is added, for example, and the resistance is reduced. On the n-type GaAs contact layer 52, a silicon nitride film 56 with a thickness of 1000 nm and a silicon nitride film 56 with a thickness of 20 nm are formed.
00 silicon oxide film 58 is deposited. n+ type GaAs is passed through contact holes opened in the silicon nitride film 56 and silicon oxide film 58 above the low resistance region 54 of the n type AJ7 GaAs cladding layer 50.
Au Ge /Ni connected to contact layer 52
/Au electrode 60 is formed. Furthermore, p-type G
a A Cr/Au electrode 62 is also formed on the bottom surface of the As substrate 42 .

第4図に示されるように、n″″型Ga As導波路層
46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, in the n'''' type GaAs waveguide layer 46, two waveguides 64 having a waveguide width W are formed.
.. 66 intersect at an intersection angle of 2θ.

すなわち、n 型Ajl Ga Asクラッド層50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は入射ポート68お
よび出射ボート70を有し、また導波路66は入射ポー
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 n-type Ajl Ga As cladding layer 50 in opposite directions at a crossing angle θ. The waveguide 64 has an input port 68 and an output boat 70, and the waveguide 66 has an input port 72 and an output boat 74.

次に、上記の第2の実施例の装置の動作を説明する。Next, the operation of the apparatus of the second embodiment described above will be explained.

この第2の実施例の動作は、上記第1の実施例のそれと
ほとんど同じであるが、n 型AllGaAsクラッド
層50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n 型AfIGaAsクラッド層50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。従って低抵抗領域54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n 型AfIGa 
Asクラッド層50に形成された低抵抗領域54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。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。
The operation of the second embodiment is almost the same as that of the first embodiment, but since the low resistance region 54 is formed in the center of the n-type AllGaAs cladding layer 50, carriers are transferred to the n-type AfIGaAs. It is implanted only into the center of the n'' type GaAs waveguide 46 through the low resistance region 54 of the cladding layer 50. Therefore, carriers are not injected into both sides of the n-type GaAs waveguide layer 46 that are not located below the low resistance region 54. That is, n-type AfIGa
The low resistance region 54 formed in the As cladding layer 50 limits carrier injection to a predetermined region, and this limitation 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. In this way, n″″ type Ga
Since carriers are injected only into the central portion of the As waveguide layer 46 and confined there, the dielectric constant of that portion decreases due to the plasma effect, and the refractive index decreases.

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。
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の入射ポー
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 /N1/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CaAs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 /Ni
 /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4
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 port 68 of the waveguide 64 and the input port 7 of the waveguide 66
The light incident from the Au Ge /N1/Au electrode 6
When no voltage is applied between 0 and the Cr/Au electrode 62, the light propagates through the n-type CaAs 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 /Ni
When a predetermined voltage is applied between the /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 incidence port of the waveguide 64 decreases. The light incident from 68 passes through the n-type GaAs waveguide layer 4
The light is totally reflected at the boundary between the two regions with different refractive indexes in the waveguide 66 and travels to the output boat 74 of the waveguide 66. Similarly, the light incident from the input boat 72 of the waveguide 66 is Proceed to the launch boat 70.

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・ソ
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 switching 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、例えば低キヤリア濃度
のp−型Ga Asやi型GaAs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. For example, the conductivity type is not limited to the n-type. It may be formed from type GaAs or i-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層44およびクラッド層48はそ
れぞれp+型およびn+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、n+型
AN Ga As下部クラッド層およびp+型A、1?
 Ga Asクラッド層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。
Further, the lower cladding layer 44 and the cladding layer 48 which sandwich the n-type GaAs waveguide layer 46 in a double heterostructure are a combination of p+ type and n+ type AN GaAs, respectively, but their conductivity types are exchanged. So, n+ type AN Ga As lower cladding layer and p+ type A, 1?
It may also be a combination of GaAs 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
I+−3のn+型Ga As基板2上に、キャリア濃度
1×1018CI11″″3、厚さ2μm (7) n
+型Aj!  Ga   As  (x、−0,1)下
部クラッドx      1−x 層4を成長させる。そしてこのn 型AI GaAs下
部クラッド層4上に、キャリア濃度1×1015cI1
1−3、厚さ1μmのn−型Ga A3 エピタキシャ
ル層5を成長させる。なお、これらn 型AN Ga 
As下部クラッド層4およびn″″型GaAsエピタキ
シャル層5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)。
As a semiconductor substrate, for example, a carrier concentration of 2×10 18 CI
I+-3 n+ type GaAs substrate 2, carrier concentration 1×1018CI11″″3, thickness 2 μm (7) n
+ type Aj! Grow a GaAs (x,-0,1) lower cladding x 1-x layer 4. Then, on this n-type AI GaAs lower cladding layer 4, a carrier concentration of 1×1015cI1
1-3, grow an n-type Ga A3 epitaxial layer 5 with a thickness of 1 μm. Note that these n-type AN Ga
The As lower cladding layer 4 and the n'''' type GaAs epitaxial layer 5 are lattice-matched and laminated one after another by epitaxial growth using OMVPE (organic metal vapor phase epitaxial) method (see FIG. 5(a)). .

次いで、n−型Ga Asエピタキシャル層5上に、熱
CVD (化学的気相成長)法を用いてシリコン窒化膜
82を堆積する。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(b)参照)。
Next, a silicon nitride film 82 is deposited on the n-type GaAs epitaxial layer 5 using a thermal CVD (chemical vapor deposition) method. 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(b)).

このようにパターニングされたレジスト84をマスクと
するRIE (反応性イオンエツチング)法を用いて、
シリコン窒化膜82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AD Ga As下
部クラツド層4上面に達するまで行なう。そしてこのエ
ツチングによって、n+型Aff Ga As下部クラ
ッド層4上のn−型Ga As導波路層6を形成する。
Using the RIE (reactive ion etching) method using the patterned resist 84 as a mask,
The silicon nitride film 82 and the n'''' type GaAs epitaxial layer 5 are etched until the top surface of the n+ type AD GaAs lower cladding layer 4 is reached. By this etching, an n-type GaAs waveguide layer 6 is formed on the n+-type Aff GaAs lower cladding layer 4.

さらにレジスト84を除去する(第5図(C)参照)。Furthermore, the resist 84 is removed (see FIG. 5(C)).

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Ap Ga As
下部クラッド層4上に、キャリア濃度1×1015CI
11−3以下のn−型AN  Gax      1−
x As  (x=0.02)埋め込み層8を埋め込み成長
させる。このn−型AN Ga As埋め込み層8の埋
め込み成長は、減圧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導波路層6の厚さと同じ厚さに
なるまで行なう。このようにして、n−型Ga As導
波路層6の両側を、n−型AfiGa As埋め込み層
8によって挟むようにする(第5図(d)・参照)。
Next, the silicon nitride film 8 that has already been patterned is
2 as a mask, the exposed n-type Ap GaAs
On the lower cladding layer 4, a carrier concentration of 1×10 15 CI
11-3 or less n-type AN Gax 1-
x As (x=0.02) A buried layer 8 is buried and grown. This n-type AN GaAs buried layer 8 is grown using a low-pressure OMVPE method, for example, under the conditions of a substrate temperature Tsub: 650° C. and an atmospheric pressure of 10 Torr, to the same thickness as the n'''' type GaAs waveguide layer 6. Do this until it becomes full. In this way, both sides of the n-type GaAs waveguide layer 6 are sandwiched between the n-type AfiGaAs buried layers 8 (see FIG. 5(d)).

次いで、シリコン窒化膜82を除去した後、n−型Ga
 As導波路層6およびn″″型AI GaAs埋め込
み層8上に、OMVPE法を用いて、l8 −3 キャリア濃度1×10 cII+ 、厚さ1μmのp+
型A、l)  Ga   As  (x−0,1)クラ
ッド層x      l−x 10およびキャリア濃度lX10cm、厚さ0.5.c
zmのp 型Ga Asコンタクト層12を順次成長さ
せる。このようにして、禁止帯が小さLsn−型Ga 
As導波路層6がこれよりも禁止帯が大きいn 型Ag
Ga As下部クラッド層4とp+型AllGa As
クラッド層10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(第5図(e)参照)。
Next, after removing the silicon nitride film 82, the n-type Ga
On the As waveguide layer 6 and the n'''' type AI GaAs buried layer 8, a p+ layer with a l8-3 carrier concentration of 1×10 cII+ and a thickness of 1 μm is formed using the OMVPE method.
Type A, l) GaAs (x-0,1) cladding layer x l-x 10 and carrier concentration l x 10 cm, thickness 0.5. c.
A p-type GaAs contact layer 12 of zm is sequentially grown. In this way, the forbidden band is small and Lsn-type Ga
The As waveguide layer 6 has a larger forbidden band than this n-type Ag
GaAs lower cladding layer 4 and p+ type AllGaAs
A so-called double heterostructure is formed between the cladding layer 10 and the cladding layer 10 from above and below (see FIG. 5(e)).

次いで、p+型Ga Asコンタクト層12上に、熱C
VD法を用い、温度650℃、NH3:5.6g/m 
i ns St H4(4%)/N2(96%):2.
9fI/minの条件において、厚さ1000 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上にブラズ?CVD法を用い、温度250℃、
50W1気圧0 、 9 Torr、SIH(4%)/
N2 (96%):20sccm、 N20 : 30
0secmの条件において、厚さ2000 のシリコン
酸化膜18を堆積する(第5図(f)参照)。
Next, heat C is applied onto the p+ type GaAs contact layer 12.
Using VD method, temperature 650°C, NH3: 5.6g/m
ins St H4 (4%)/N2 (96%): 2.
A silicon nitride film 16 with a thickness of 1000 Å is deposited under the condition of 9 fI/min. Next, BLAZE is applied on this silicon nitride film 16. Using CVD method, temperature 250℃,
50W 1 atm 0, 9 Torr, SIH (4%)/
N2 (96%): 20sccm, N20: 30
A silicon oxide film 18 with a thickness of 2000 mm is deposited under the condition of 0 sec (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、n″″型Ga As導波路層6の一
半部に対応する場所のレジスト86を開口する。そして
このようにバ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法を用いて、シリコン
酸化膜18およびシリコン窒化膜16をエツチングし、
窓明けを行なう(第5図(g)参照)。
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 n'''' type GaAs waveguide layer 6 using a photolithography technique. Using the patterned resist 86 as a mask, the silicon oxide film 18 and the silicon nitride film 16 are etched using, for example, RIE using CF4.
Open the window (see Figure 5 (g)).

次いで、レジスト86を除去した後、このサンプルをZ
 nA S 2と共に石英アンプルに真空封止する。そ
して、p 型A9 Ga 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18および
シリコン窒化膜16をマスクとし、温度630℃の条件
において亜鉛拡散を行なう。この亜鉛拡散はn″″型G
a As導波路層6上面から少し上方のp 型A、Q 
Ga Asクラッド層10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、n−型
Ga As導波路層6の一半部に対応する領域のp+型
A、ill Ga Asクラッド層10に、亜鉛が添加
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 nA S2. Then, using the silicon oxide film 18 and the silicon nitride film 16, which have openings corresponding to a portion of the p-type A9 GaAs cladding layer 8, as masks, zinc is diffused at a temperature of 630°C. This zinc diffusion is of type G
a P-type A, Q slightly above the top surface of the As waveguide layer 6
It is made to reach into the GaAs cladding layer 10. 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 by heat treatment in a later step. It's for a reason. In this way, zinc is added to the p+ type A ill GaAs cladding layer 10 in a region corresponding to a part of the n-type GaAs waveguide layer 6, resulting in a low resistance region having a relatively low resistance. 14 (see FIG. 5(h)).

次いで、上面にCr/Au電極20を形成し、シリコン
酸化膜18およびシリコン窒化膜16に既に窓明けして
いるコンタクトホールを介してp 型Ga Asコンタ
クト層12に接続する。また、n 型Ga As基板2
底面上にもAu Ge /Ni/Au電極22を形成す
る(第5図(i)参照)。
Next, a Cr/Au electrode 20 is formed on the upper surface and connected to the p-type GaAs contact layer 12 through contact holes already made in the silicon oxide film 18 and silicon nitride film 16. In addition, an n-type GaAs substrate 2
An Au Ge /Ni/Au electrode 22 is also formed on the bottom surface (see FIG. 5(i)).

なお、図示はしないが、導波路幅W、交差角2θで交差
する2本の導波路がn−型Ga As導波路層6に接続
されている。そして、これらの導波路は、p+型Aj7
 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を有して交差している。
Although not shown, two waveguides having a waveguide width W and intersecting at an intersection angle 2θ are connected to the n-type GaAs waveguide layer 6. And these waveguides are p+ type Aj7
They intersect the boundaries between the low-resistance region 14 and other relatively high-resistance regions in the GaAs cladding layer 8 in opposite directions at intersecting angles θ.

そして最後に、5關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 in five lengths, and the waveguide chip is cut out. In this way, the semiconductor optical switch according to the first 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n″″型Ga As導波路層6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、n″″型G
a As導波路層6の中央部に対応する場所のフォトレ
ジスト86を開口し、このようにバ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18およびシ
リコン窒化膜16のエツチングを行ない、そしてp 型
AfIGa Asクラッド層10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A
I Ga Asクラッド層8の中央部に低抵抗領域を形
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 n'''' type GaAs waveguide layer 6 as described above,
a The photoresist 86 is opened at a location corresponding to the center of the As waveguide layer 6, and the silicon oxide film 18 and the silicon nitride film 16 are etched using the patterned resist 86 as a mask, and the p-type is etched. Zinc is diffused using the silicon oxide film 18 and the silicon nitride film 16, which are opened at a location corresponding to the center of the AfIGaAs cladding layer 10, as a mask to form a p+ type A.
By forming a low resistance region in the center of the IGaAs cladding layer 8, a structure similar to that of the second embodiment can be obtained, and a bidirectional semiconductor optical switch can be manufactured.

また、p 型AlGa Asクラッド層10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 a portion of the p-type AlGaAs cladding layer 10 to form the low resistance region 14, for example, beryllium (Be) may be used instead of zinc.

また、n+型Ga As基板2上に、n 型Aj7Ga
 As下部クラッド層4、n″″型Ga As導波路層
6、p+型Ajl Ga Asクラッド層10、および
p+型Ga As層コンタクト層12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Aj7 G
a As下部クラッド層、n−型Ga As導波路層6
、n 型AfIGa Asクラッド層、およびn+型G
a 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AN 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(St)でなければな
らない。
Further, on the n+ type GaAs substrate 2, an n type Aj7Ga
The As lower cladding layer 4, the n'''' type GaAs waveguide layer 6, the p+ type Ajl GaAs cladding layer 10, and the p+ type GaAs layer contact layer 12 are formed respectively, but this is not a combination. , n-type Ga
The conductivity types of the substrates and each layer sandwiching the As waveguide layer 6 are exchanged, and a p+ type GaAs substrate is formed on the p+ type GaAs substrate.
a As lower cladding layer, n-type GaAs waveguide layer 6
, n-type AfIGa As cladding layer, and n+-type G
It may be formed in a combination of a As layer contact layer. However, in this case, n+ type AN Ga
The impurity implanted to form a low resistance region in a part of the As cladding layer must be, for example, silicon (St).

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■形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 ■-shaped 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製造される装
置によれば、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 device manufactured according to the present invention, the waveguide layer is formed between the semiconductor substrate of the first conductivity type and the cladding layer of the second conductivity type, which has a forbidden band larger than the forbidden band of the waveguide layer. Due to the sandwiched double heterostructure, 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. 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.

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、優れた低損失特性を有し、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。
As a result, optical switching with a high extinction ratio is performed, so that optical switching with excellent low loss characteristics and without wavelength dependence can be performed.

【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AN Ga As下部クラッド層、5・
・・n″″型Ga Asエピタキシャル層、6.46・
n−型Ga As導波路層、8.48・n−型AI G
a As埋め込み層、10 ・p  型AN Ga A
sクラッド層、12・・・p 型Ga As層コンタク
ト層、14.54・・・低抵抗領域、 16.56.82・・・シリコン窒化膜(S13N4膜
)、 18.58・・・シリコン酸化膜(S102膜)、20
.62−・−Cr /Au電極、 22.60・・・Au Ge /Nl /Au電極、2
4.26.64.66・・・導波路、28.32..6
8.72・・・入射ポート、30.34,70.74・
・・出射ボート、42 ・p  型Ga As基板、 44・・・p 型Ajl Ga As下部クラッド層、
50 ・n  型AN Ga Asクラッド層、52−
n  W:1GaAs層コンタクト層、84.86・・
・レジスト。 特許出願人  住友電気工業株式会社 代理人弁理士   長谷用  芳  樹li 第1実施例の断面図 第1図 第1実施例の平面図 第2図 第3図 第2実施例の平面図 第4図 第 5 図(1) 第 5 図(2)
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...n-type AN GaAs lower cladding layer, 5...
・・n″″ type GaAs epitaxial layer, 6.46・
n-type GaAs waveguide layer, 8.48 n-type AI G
a As buried layer, 10 ・p type AN Ga A
s cladding layer, 12... p-type GaAs layer contact layer, 14.54... low resistance region, 16.56.82... silicon nitride film (S13N4 film), 18.58... silicon oxide Membrane (S102 membrane), 20
.. 62--Cr/Au electrode, 22.60...Au Ge/Nl/Au electrode, 2
4.26.64.66... Waveguide, 28.32. .. 6
8.72...Injection port, 30.34, 70.74.
・・Emission boat, 42 ・P type Ga As substrate, 44 ・・P type Ajl Ga As lower cladding layer,
50 ・n-type AN Ga As cladding layer, 52-
n W: 1 GaAs layer contact layer, 84.86...
・Resist. Patent Applicant: Sumitomo Electric Industries, Ltd. Representative Patent Attorney Yoshiki Hase Li Cross-sectional view of the first embodiment Figure 1 Plan view of the first embodiment Figure 2 Figure 3 Plan view of the second embodiment Figure 4 Figure 5 (1) Figure 5 (2)

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、第1導電型の半導体基板上に、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エピタキ
シャル層を成長させる第1の工程と、 前記エピタキシャル層を選択的にエッチングして、前記
エピタキシャル層からなる導波路層を形成する第2の工
程と、 前記導波路層の両側に、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3の工程と、 前記導波路層および前記埋め込み層上に、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
導電型のクラッド層を形成する第4の工程と、 前記クラッド層の一部に低抵抗領域を形成する第5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、前記半導体基板底面上に第2の電極を形成
する第6の工程と を備えることを特徴とする半導体光スイッチの製造方法
。 2、前記低抵抗領域を前記導波路層の一半部に対応して
形成することを特徴とする請求項1記載の半導体光スイ
ッチの製造方法。 3、前記低抵抗領域を前記導波路層の中央部に対応して
形成することを特徴とする請求項1記載の半導体光スイ
ッチの製造方法。
[Claims] 1. A first step of growing an epitaxial layer having a forbidden band smaller than that of the semiconductor substrate and a lower carrier concentration on a semiconductor substrate of a first conductivity type, and selectively growing the epitaxial layer. a second step of etching to form a waveguide layer made of the epitaxial layer; and a third step of forming a buried layer on both sides of the waveguide layer, the forbidden band of which is larger than that of the waveguide layer. and a second layer having a forbidden band larger than that of the waveguide layer and a higher carrier concentration on the waveguide layer and the buried layer.
a fourth step of forming a conductive type cladding layer; a fifth step of forming a low resistance region in a part of the cladding layer; and forming a first electrode on the low resistance region of the cladding layer. A method for manufacturing a semiconductor optical switch, further comprising a sixth step of forming a second electrode on the bottom surface of the semiconductor substrate. 2. The method of manufacturing a semiconductor optical switch according to claim 1, wherein the low resistance region is formed corresponding to one half of the waveguide layer. 3. The method of manufacturing a semiconductor optical switch according to claim 1, wherein the low resistance region is formed corresponding to a central portion of the waveguide layer.
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