JPH0331814A - 干渉型光スイッチ - 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］ 従来の干渉型光スイッチの例を第５図に示す。

ＧａＡｓ基板（２１）１１こＡｌＧａＡｓよりなる下側
クラッド層（２２）、高純度ＧａＡｓよりなる光導波路
層（２３）が順次積層されており、Ｇ＋１Ａｓ層の途中
までリッジ状にエツチングを行うことにより光導波路が
形成されている。スイッチングは、光導波路層に直接蒸
着したシーＪ７ト半一電極に電圧を印加することによっ
て行う。すなわち、それぞれの電極に異なる電圧を印加
することによって、電極直下の光導波路層の屈折率を個
々に変化させる。この結果、２本に導波路に分かれて導
波されていた光の位相は合流部分でずれ、干渉しあうた
めにスイッチングを行うことができる。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、前述の従来技術の干渉型光スイッチは、ｍ−ｖ
族化合物半導体であるＧａＡｓにより光導波路層が形成
されているため、ＧａＡｓ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、ダブルへテロ構造をエピタキシャル
成長後、エツチングにより光導波路を形成しているため
、エツチングによる表面やリブ側面の荒れを避けること
ができず、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スィッチが形成されるため、
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干渉型光スイッチを、
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］ 本発明の干渉型光スイッチは、１本の光導波路が一部分
で２本に分かれており、分かれている部分の光導波路上
に個々の光導波路層にそれぞれ異なる電圧を印加するこ
とが可能な電極が設けられている干渉型光スイッチにお
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。

［実　施　例］ 第１図は、本発明の実施例における干渉型光スイッチの
上面図、及び断面図である。

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

Ｚ　ｎ　Ｓ　ｅ％Ｚ　ｎ　Ｓの屈折率はそれぞれ　２．
３４．２．３１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　２．３４の光導波路層を屈折率
　１．４の８１０２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。１５．
１６はショットキー電極で、個々の光導波路層に異なる
電圧を印加することによって導波路層の実効屈折率をそ
れぞれ変化させ、合流部分における導波光の位相を上側
の導波路と下側の導波路でずらし、光波のスイッチング
を行う。

本発明の干渉型光スイッチの動作を、第２図を用いて説
明する。ここでは、上側の光導波路層には電圧を印加せ
ず、下側の光導波路層に加える電圧のみを変化させた場
合について説明を行う。第２図（ａ）は、下側の電極に
も電圧を印加しなかった場合である。２本の光導波路の
導波路層の実効屈折率ｎ１、ｎ２は同じであり、光スィ
ッチの左側から位相の揃った単色光が入射した場合、右
側からは入射光と同じ強度の出射光が得られる。ところ
が、第２図（ｂ）に示すように下側のショットキー電極
に電圧を印加すると、電気光学効果によって電圧印準部
分の実効屈折率が小さくなり、ｎＩ＞ｎ２となる。この
結果、光スィッチの左側から位相の揃った単色光が入射
した場合、２本の導波路の合流部分においてそれぞれの
光導波路を導波されてきた光波の位相がずれ、双方の光
は干渉しあう。位相のずれがλ／２（λは導波光の波長
）となったとき、左側の導波路から出射する光の強度は
Ｏとなる。位相のずれがλ／２でない場合でも、出射す
る光の強度は入射光の強度よりも弱くなる。

次に本発明の干渉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。

まず′Ｓ　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８
１０２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５Ｉ０２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、１．０μｍ、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（ＤＭＳ　ｅ）の各有機金属化合物を用
い、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶ　Ｄ）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°Ｃ以下、■族原籾と■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
■−■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、電圧印加用の電極を仏
前すると、Ｉｔ−ＶＩ族化合物半導体よりなる干渉型光
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系のみでなく、下の表１の様な絹合せも可能
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
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（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、５ｉ０２に限らず、８１ｇＮａ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。

なお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５ｉ０２ではさむことに
より屈折率段差を得る第４図（ａ）のような構造の干渉
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干渉
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５
Ｉ０２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次モードがカッ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。

本発明の干渉型光スイッチは、光導波路層が大きなエネ
ルギーギャップを有する■−■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Ｓ＋０２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、本発明の干渉型光スイッチは、スイッチングを行
う光波の波長によりスイッチング条件が異なる。すなわ
ち、電圧印加により変化した光導波路層の実効屈折率の
値と、屈折率が変化した部分の光導波路層の長さにより
、出射光の強度が決定される。この特徴を利用すると、
波長の異なる２種類以上の光波を同時に導波した場合、
光導波路層に印加する電圧の値を制御することによって
その内のある波長の光波のみを取り出し、選択的にスイ
ッチングすることができる。これは、スイッチングの条
件が導波光のモードには関係しない反射型光スイッチに
はない特徴である。

〔発明の効果］ 本発明の干渉型光スイッチは以下のような効果を有する
。

（］）光導波路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でいるため、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。本発明の干渉型光スイッチは、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、導波路府側面はエツ
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。

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）本発明の干渉型光スイッチは、スイッチングの際
、導波光のモードによってスイッチングの条件が異なる
。波長の異なる光波を同時に導波した場合、ショットキ
ー電極に印加する電圧を調整することにより、特定の波
長の光波のみをスイッチングすることができる。

（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、本発明の干渉型光ス
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）は本発明の干渉型光スイッチ
の上面図及び断面図。 第２図（ａ）、　　（ｂ）は本発明の干渉型光スイッチ
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）は従来の干渉型光スイッチの
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 ５．１６・・・電圧印加用電極 ７・・・５Ｉ０２膜 ８・・・５１０２マスク ド・・ＧａＡｓ基板 ２・・・下側クラッド層 ３・・・光導波路層 ４・・・５１０２Ｍ ５・・・電圧印加用ＩＩｌ！Ｉ！ 以　　上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １本の光導波路が一部分で２本に分かれており、分かれ
   ている部分の光導波路上に個々の光導波路層にそれぞれ
   異なる電圧を印加することが可能な電極が設けられてい
   る干渉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干
   渉型光スイッチ。