JPH0331815A

JPH0331815A - 干渉型光スイッチ

Info

Publication number: JPH0331815A
Application number: JP16737789A
Authority: JP
Inventors: Kazuaki Watanabe; 和昭渡辺
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1989-06-29
Filing date: 1989-06-29
Publication date: 1991-02-12

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４図に示す。

ＧａＡｓ層板（２１）上に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７
ｍ　（２３）、上側クラッド層（２４）が順次積層され
ており、ＧａＡｓ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、上側クラッド層上に蒸着したキャリア注入用電極
を通して光導波路層にキャリアを注入することによって
行う。

すなわち、異なる量のキャリアを光導波路層に注入する
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、■−■
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）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
れぞれ異なるキャリアを注入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Ｉｆ−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。

［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２．３４．２．３
１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８
１０２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はキャ
リア注入用電極で、個々の光導波路層に異なる量の牛中
リアを注入することによって導波路層の屈折率をそれぞ
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キャリアを注
入せず、下側の光導波路層に注入するキャリアの量のみ
を変化させた場合について説明を行う。第２図（ａ）は
、下側の導波路にもキャリアを注入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
の導波路層にキャリアを注入すると、プラズマ効果によ
ってキャリア注入部分の実効屈折率が小さくなり、ｎｌ
＞ｎ２となる。この結果、光スイ・ノチの左側から位相
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λ／２となる。位相のずれが０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
（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（１
ｋ）〜（ｃ）を用いて説明する。

まず、Ｇ　ａ　、Ａ　ｓ基板（１１）を準備し、モノシ
ラン（ＳｉＨ２）を原料とする熱ＣＶＤ法によって５Ｉ
０２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５ｆ０２をマスクとして下側クラブト層（
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、１５μｍとする。原料は亜
鉛ソースとしてジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）、！黄ソース
としてジメチル硫Ｍ　（ＤＭＳ）、　　セレンソースと
してジメチルセレン（ＤＭＳ　ｅ）の各有機金灰化合物
を用い、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により
成長を行う。Ｚｎ５ｃとＺｎＳのへテロ接合は、Ｄ　Ｍ
　Ｚｎ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°Ｃ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、５ＩＯ２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、キャリア注入用の電極
を蒸着すると、■−■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、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等のメチル銹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、Ｓｉ３Ｎ４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。

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５１０２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、キャリア注入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、光導波路層に注入するキャリアの量を制御すること
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。

［発明の効果コ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
。

（１）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・バンドギャップゆ尤に、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（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。

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、光導波路層
に注入するキャリアの量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）本発明の干渉型光スイッチは、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
いる干渉型光スイ・ソチに比べ、得られる屈折率変化の
値は１〜２桁大きく、２本の導波路に分岐している部分
の長さを短くすることができる。

（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）、　　（ｂ）は従来の干渉型光スイッチの
例を示す図。２３・・・光導波路層２４・・・上側クラッド層２５・・・５１０２膜２６・・・キャリア注入用電極以　　上

Claims

【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
れぞれ異なるキャリアを注入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干渉型光スイッチ。
（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記載の干渉型光スイッチ。