JPH0350252B2 - - Google Patents
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- JPH0350252B2 JPH0350252B2 JP56053584A JP5358481A JPH0350252B2 JP H0350252 B2 JPH0350252 B2 JP H0350252B2 JP 56053584 A JP56053584 A JP 56053584A JP 5358481 A JP5358481 A JP 5358481A JP H0350252 B2 JPH0350252 B2 JP H0350252B2
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- directional coupler
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- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 16
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
- G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
- G02F1/313—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
- G02F1/3132—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of directional coupler type
- G02F1/3133—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of directional coupler type the optical waveguides being made of semiconducting materials
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- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は電気光学効果を有する半導体材料を用
いた方向性結合器型光変調器の製作方法に関する
ものである。
いた方向性結合器型光変調器の製作方法に関する
ものである。
２本、若しくはそれ以上の数の近接しかつ互い
の位相定数の同期したガイド間の分布結合を利用
した方向性結合器型光変調器は、変調器としての
みならず光を空間的に分離する光スイツチ、可変
結合器としても利用出来、更には多段に接続する
ことにより複雑なスイツチマトリツクス、デイジ
タル偏向器を構成できる可能性も持つており実現
が期待されているデバイスの１つである。加えて
GaAlAs，InGaAsP／InP等の半導体材料では良
く知られているような発光、学光素子材料として
の特質を持つだけでなく電気光学効果も利用可能
なため、これらの材料を用いた方向性結合器型光
変調器は将来のモノリシツク・インテグレーテツ
ド・オプテイクス（monolithic integrated
optics）の重要な構成要素となると考えられ、そ
の意味からも期待されている。このような方向性
結合器型光変調器では動作の効率を高めるために
は光と電界を同一の、しかも狭い場所に閉じ込め
ることにより、電界強度を高めると共に光と電界
の相互作用を効率よく行なわせることが必要とな
る。そのために種々のデバイス構造が提案されて
いるがそれらのうち代表的なものとして次のよう
な導波路部分にｐ−ｎ接合を有する構造がある。
導波路部分にｐ−ｎ接合を有する方向性結合器型
光変調器の例を第１図に示す。ここでは材料とし
てGaAlAs／GaAsのヘテロ接合を用いた場合に
ついて示すが材料としてはこれに限られる訳では
ない。第１図を用いデバイスの構造及び動作の原
理を説明する。ｎ−GaAs基板１の上にｎ−
GaAlAs（屈折率n1）による第１層２、ｎ−
GaAlAs（屈折率n2）による導波路層３を形成し
その上に少なくとも一定区間は同一巾かつ近接し
て平行にｐ−GaAlAs（屈折率n3）によるチヤネ
ル４を形成し、基板１及びチヤネル４に電極６，
５を形成する。材料の組成を適当に選びn2＞n3、
n2＞n1を満足するようにしておけば光は垂直方向
には導波路層３に閉じ込められ水平方向にはスト
リツプ４の部分とそれ以外の部分（空気）との屈
折率の違いにより実効的な屈折率差が生じチヤネ
ル４の真下の部分に閉じ込められる。従つてこの
構造は２本の位相の同期した三次元ガイドが近接
して平行に置かれていることになり分布結合系を
構成する。従つて少なくとも一方の三次元導波路
に逆電界を印加すれば電気光学効果による屈折率
変化を介して光の変調、スイツチングが行なえ
る。電界を印加する場合には、電極５の一方と電
極６の間に印加するが、導波路層３とストリツプ
４の間にｐ−ｎ接合が形成されているため電界は
ほとんどｐ−ｎ接合部分に加わる。従つて光と電
界の閉じ込められている部分が同一であるため動
作の効率が非常に高いという利点を有する。
の位相定数の同期したガイド間の分布結合を利用
した方向性結合器型光変調器は、変調器としての
みならず光を空間的に分離する光スイツチ、可変
結合器としても利用出来、更には多段に接続する
ことにより複雑なスイツチマトリツクス、デイジ
タル偏向器を構成できる可能性も持つており実現
が期待されているデバイスの１つである。加えて
GaAlAs，InGaAsP／InP等の半導体材料では良
く知られているような発光、学光素子材料として
の特質を持つだけでなく電気光学効果も利用可能
なため、これらの材料を用いた方向性結合器型光
変調器は将来のモノリシツク・インテグレーテツ
ド・オプテイクス（monolithic integrated
optics）の重要な構成要素となると考えられ、そ
の意味からも期待されている。このような方向性
結合器型光変調器では動作の効率を高めるために
は光と電界を同一の、しかも狭い場所に閉じ込め
ることにより、電界強度を高めると共に光と電界
の相互作用を効率よく行なわせることが必要とな
る。そのために種々のデバイス構造が提案されて
いるがそれらのうち代表的なものとして次のよう
な導波路部分にｐ−ｎ接合を有する構造がある。
導波路部分にｐ−ｎ接合を有する方向性結合器型
光変調器の例を第１図に示す。ここでは材料とし
てGaAlAs／GaAsのヘテロ接合を用いた場合に
ついて示すが材料としてはこれに限られる訳では
ない。第１図を用いデバイスの構造及び動作の原
理を説明する。ｎ−GaAs基板１の上にｎ−
GaAlAs（屈折率n1）による第１層２、ｎ−
GaAlAs（屈折率n2）による導波路層３を形成し
その上に少なくとも一定区間は同一巾かつ近接し
て平行にｐ−GaAlAs（屈折率n3）によるチヤネ
ル４を形成し、基板１及びチヤネル４に電極６，
５を形成する。材料の組成を適当に選びn2＞n3、
n2＞n1を満足するようにしておけば光は垂直方向
には導波路層３に閉じ込められ水平方向にはスト
リツプ４の部分とそれ以外の部分（空気）との屈
折率の違いにより実効的な屈折率差が生じチヤネ
ル４の真下の部分に閉じ込められる。従つてこの
構造は２本の位相の同期した三次元ガイドが近接
して平行に置かれていることになり分布結合系を
構成する。従つて少なくとも一方の三次元導波路
に逆電界を印加すれば電気光学効果による屈折率
変化を介して光の変調、スイツチングが行なえ
る。電界を印加する場合には、電極５の一方と電
極６の間に印加するが、導波路層３とストリツプ
４の間にｐ−ｎ接合が形成されているため電界は
ほとんどｐ−ｎ接合部分に加わる。従つて光と電
界の閉じ込められている部分が同一であるため動
作の効率が非常に高いという利点を有する。
次にこのデバイスの従来の製作方法について説
明する。第２図はこの方向性結合器型光変調器の
従来の製作方法を示すための図で各層の垂直かつ
光の伝搬方向に垂直な方向での断面図を示してい
る。従来このようなデバイスの製作にはまず良く
知られた液相若しくは気相エピタキシヤル法等に
よりｎ−GaAs半導体基板１の上に基板１と同じ
導電型のｎ−GaAlAsによる第１層２、導波路層
３、及びｐ−GaAlAsによる第３層を形成し、そ
の上に更にオーミツク電極５を一様に形成してお
く（第２図ａ）。その上で導波路パターンを形成
した適当なマスク１０を介して（第２図ｂ）まず
オーミツク電極５をエツチングし（第２図ｃ）、
続いてエツチング液を替えてｐ−GaAlAsによる
第３層４′をエツチングすることによりストリツ
プ４を形成する（第２図ｄ）。この際ストリツプ
４以外で第３層４′を完全に除去するためエツチ
ングを導波路層３に多少かかる程度まで行なう。
この後オーミツク電極５の上のマスク１０を除去
し、基板１の裏面にもオーミツク電極６を形成す
ることにより素子を作製する（第２図ｅ）。しか
しこのような製作工程では先に述べたように、ス
トリツプ４以外で第３層４′を完全に除去するた
めに導波路層３にまでエツチングが及ぶためその
制御が難しく製作時のバラツキが大きくなる。更
に、導波路層３をかなり深くエツチングしないと
部分的に第３層４′が残てしまいｐ−ｎ接合の品
質が悪くなり、充分な逆電圧が印加できないとい
う欠点を有する。また、方向性結合器型光変調器
の場合、エツチングの深さは光導波路の横方向の
実効的な屈折率差を変化させ、方向性結合器を構
成する二本の光導波路の間の結合状態に大きな影
響を与える。つまり、0.1μｍ程度のエツチング深
さの違いにより、完全結合長がmmオーダで変化す
ることが知られている。これは、光変調器の製作
再現性の点で大きな問題となる。さらに、従来の
光変調器の製作方法では、エツチングにより接合
部分が露出する事になるが、これは、表面準位を
介したリーク電流の発生につながり、信頼性の点
で問題がある。
明する。第２図はこの方向性結合器型光変調器の
従来の製作方法を示すための図で各層の垂直かつ
光の伝搬方向に垂直な方向での断面図を示してい
る。従来このようなデバイスの製作にはまず良く
知られた液相若しくは気相エピタキシヤル法等に
よりｎ−GaAs半導体基板１の上に基板１と同じ
導電型のｎ−GaAlAsによる第１層２、導波路層
３、及びｐ−GaAlAsによる第３層を形成し、そ
の上に更にオーミツク電極５を一様に形成してお
く（第２図ａ）。その上で導波路パターンを形成
した適当なマスク１０を介して（第２図ｂ）まず
オーミツク電極５をエツチングし（第２図ｃ）、
続いてエツチング液を替えてｐ−GaAlAsによる
第３層４′をエツチングすることによりストリツ
プ４を形成する（第２図ｄ）。この際ストリツプ
４以外で第３層４′を完全に除去するためエツチ
ングを導波路層３に多少かかる程度まで行なう。
この後オーミツク電極５の上のマスク１０を除去
し、基板１の裏面にもオーミツク電極６を形成す
ることにより素子を作製する（第２図ｅ）。しか
しこのような製作工程では先に述べたように、ス
トリツプ４以外で第３層４′を完全に除去するた
めに導波路層３にまでエツチングが及ぶためその
制御が難しく製作時のバラツキが大きくなる。更
に、導波路層３をかなり深くエツチングしないと
部分的に第３層４′が残てしまいｐ−ｎ接合の品
質が悪くなり、充分な逆電圧が印加できないとい
う欠点を有する。また、方向性結合器型光変調器
の場合、エツチングの深さは光導波路の横方向の
実効的な屈折率差を変化させ、方向性結合器を構
成する二本の光導波路の間の結合状態に大きな影
響を与える。つまり、0.1μｍ程度のエツチング深
さの違いにより、完全結合長がmmオーダで変化す
ることが知られている。これは、光変調器の製作
再現性の点で大きな問題となる。さらに、従来の
光変調器の製作方法では、エツチングにより接合
部分が露出する事になるが、これは、表面準位を
介したリーク電流の発生につながり、信頼性の点
で問題がある。
本発明の目的は上記のような欠点を除去し高効
率で製作の再現性、信頼性に優れ、しかも良好な
ｐ−ｎ接合を有する方向性結合器型光変調器の製
作方法を提供することにある。
率で製作の再現性、信頼性に優れ、しかも良好な
ｐ−ｎ接合を有する方向性結合器型光変調器の製
作方法を提供することにある。
本発明の骨子は半導体基板上に前記基板と同じ
導電型の半導体から成る第１層及び、前記第１層
より屈折率が高く、前記基板と同じ導電型の半導
体から成る導波路層を順次成長し、導波路層の表
面に間隙が導波路パターンとなるような絶縁膜を
形成し前記導波路層の前記絶縁膜の間隙からの露
出部分の表面上に前記基板とは異なる導電型で、
前記導波路層より低い屈折率を有する半導体から
成るストリツプを成長しその後に、前記ストリツ
プ表面及び、前記基板の裏面にオーミツク電極を
形成するものである。
導電型の半導体から成る第１層及び、前記第１層
より屈折率が高く、前記基板と同じ導電型の半導
体から成る導波路層を順次成長し、導波路層の表
面に間隙が導波路パターンとなるような絶縁膜を
形成し前記導波路層の前記絶縁膜の間隙からの露
出部分の表面上に前記基板とは異なる導電型で、
前記導波路層より低い屈折率を有する半導体から
成るストリツプを成長しその後に、前記ストリツ
プ表面及び、前記基板の裏面にオーミツク電極を
形成するものである。
以下本発明につき図面により詳しく説明する。
第３図を用いて本発明による方向性結合器型光変
調器の製作方法の工程を説明する。まずｎ−
GaAs基板１の上に良く知られた波相、気相エピ
タキシヤル法、Mo−CVD法等によりｎ−
GaAlAsによる第１層２導波路層３を形成する
（第３図ａ）。形成された導波路層３の上に間隙が
導波路パターンとなるように絶縁膜１１を形成す
る（第３図ｂ）。この絶縁膜１１としてはスパツ
タ等により簡単に形成できる。この上にｐ−
GaAlAsによるストリツプ４を形成するのだが直
接形成すると熱的なひずみにより界面が均一にな
らないため一坦導波路層３の絶縁膜１１の間隙か
ら露出した部分の表面をメルトバツクしてその後
にｐ−GaAlAsによるストリツプ４を形成する
（第３図ｃ）。こうすることにより導波路層３とス
トリツプ４の間に形成されるｐ−ｎ接合は界面が
均一で品質のよいものが得られる。その上でスト
リツプ４及び基板１の表面にオーミツク電極５，
６を形成することによりデバイスを製作する（第
３図ｄ）。部分的に絶縁膜におおわれた半導体上
への成長は基板の方位により第３図に示したよう
に順メサ形状になる場合や絶縁膜表面に沿つた横
方向の成長が速い場合等があり成長されるストリ
ツプの形状は条件により異なるが、通常の液相エ
ピタキシヤル法等により行なうことが可能であ
る。上述の説明で明らかなように本発明によれば
ｐ−ｎ接合の界面は充分均一に出来るので良好な
ｐ−ｎ接合が得られ、また制御の難しいエツチン
グを全く用いていないので、素子特性の再現性、
素子信頼性が向上し、製作も非常に容易となる。
更にまた絶縁膜の種類を変えることにより屈折率
が変化するので設計の自由度も高くなるという利
点も生じる。
第３図を用いて本発明による方向性結合器型光変
調器の製作方法の工程を説明する。まずｎ−
GaAs基板１の上に良く知られた波相、気相エピ
タキシヤル法、Mo−CVD法等によりｎ−
GaAlAsによる第１層２導波路層３を形成する
（第３図ａ）。形成された導波路層３の上に間隙が
導波路パターンとなるように絶縁膜１１を形成す
る（第３図ｂ）。この絶縁膜１１としてはスパツ
タ等により簡単に形成できる。この上にｐ−
GaAlAsによるストリツプ４を形成するのだが直
接形成すると熱的なひずみにより界面が均一にな
らないため一坦導波路層３の絶縁膜１１の間隙か
ら露出した部分の表面をメルトバツクしてその後
にｐ−GaAlAsによるストリツプ４を形成する
（第３図ｃ）。こうすることにより導波路層３とス
トリツプ４の間に形成されるｐ−ｎ接合は界面が
均一で品質のよいものが得られる。その上でスト
リツプ４及び基板１の表面にオーミツク電極５，
６を形成することによりデバイスを製作する（第
３図ｄ）。部分的に絶縁膜におおわれた半導体上
への成長は基板の方位により第３図に示したよう
に順メサ形状になる場合や絶縁膜表面に沿つた横
方向の成長が速い場合等があり成長されるストリ
ツプの形状は条件により異なるが、通常の液相エ
ピタキシヤル法等により行なうことが可能であ
る。上述の説明で明らかなように本発明によれば
ｐ−ｎ接合の界面は充分均一に出来るので良好な
ｐ−ｎ接合が得られ、また制御の難しいエツチン
グを全く用いていないので、素子特性の再現性、
素子信頼性が向上し、製作も非常に容易となる。
更にまた絶縁膜の種類を変えることにより屈折率
が変化するので設計の自由度も高くなるという利
点も生じる。
上記の説明では材料としてGaAlAs／GaAsを
考えたが、他の材料にも適用可能なのは言う迄も
ない。
考えたが、他の材料にも適用可能なのは言う迄も
ない。
以上述べたように本発明によれば変調の効率が
高くかつ充分な逆電圧を印加でき信頼性も高い方
向性結合器型光変調器を再現性よく製作すること
が可能である。
高くかつ充分な逆電圧を印加でき信頼性も高い方
向性結合器型光変調器を再現性よく製作すること
が可能である。
第１図は導波路部分にｐ−ｎ接合を有する方向
性結合器型光変調器の一例を示す図、第２図は従
来の方法による方向性結合器型光変調器の製作方
法を示すための図、第３図は本発明による方向性
結合器型光変調器の製作方法を示すための図であ
る。 図に於て１は半導体基板、２，３，４′は半導
体層、４′は半導体によるストリツプ、５，６は
オーミツク電極、１０はマスク、１１は絶縁膜で
ある。
性結合器型光変調器の一例を示す図、第２図は従
来の方法による方向性結合器型光変調器の製作方
法を示すための図、第３図は本発明による方向性
結合器型光変調器の製作方法を示すための図であ
る。 図に於て１は半導体基板、２，３，４′は半導
体層、４′は半導体によるストリツプ、５，６は
オーミツク電極、１０はマスク、１１は絶縁膜で
ある。
Claims (1)
- １ 電気光学効果を用する半導体材料を用いた導
波路部分にｐ−ｎ接合を有する方向性結合器型光
変調器の製作方法であつて、半導体基板上に前記
基板と同じ導電型半導体から成る第１層と前記第
１層より屈折率の高い半導体から成る導波路層を
順次形成する工程と、前記導波路層の表面に少な
くともある長さの区間に於て平行かつ近接して同
一巾の２本の間隙を有するように絶縁膜を形成す
る工程と、前記導波路層の前記２本の間隙の部分
に露出した表面上に前記導波路層より低い屈折率
を有し、前記基板及び、各層とは導電型の異なる
半導体から成る２本のストリツプを形成する工程
と前記半導体基板の裏面及び前記ストリツプの表
面にオーミツク電極を形成する工程とを有するこ
とを特徴とする方向性結合器型光変調器の製作方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5358481A JPS57168219A (en) | 1981-04-09 | 1981-04-09 | Manufacture of directional coupler type optical modulator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5358481A JPS57168219A (en) | 1981-04-09 | 1981-04-09 | Manufacture of directional coupler type optical modulator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57168219A JPS57168219A (en) | 1982-10-16 |
| JPH0350252B2 true JPH0350252B2 (ja) | 1991-08-01 |
Family
ID=12946893
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5358481A Granted JPS57168219A (en) | 1981-04-09 | 1981-04-09 | Manufacture of directional coupler type optical modulator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57168219A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6023825A (ja) * | 1983-07-20 | 1985-02-06 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 導波路型光素子 |
| GB8525593D0 (en) * | 1985-10-17 | 1985-11-20 | British Telecomm | Electro-optic devices |
| JPH0760237B2 (ja) * | 1986-11-12 | 1995-06-28 | 沖電気工業株式会社 | 導波型光スイツチ |
| FR2608783B1 (fr) * | 1986-12-23 | 1989-04-14 | Labo Electronique Physique | Element de commutation optique entre deux guides de lumiere et matrice de commutation optique formee de ces elements de commutation |
| JP5113102B2 (ja) * | 2008-02-01 | 2013-01-09 | アンリツ株式会社 | 光変調デバイス |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS53104256A (en) * | 1977-02-23 | 1978-09-11 | Fujitsu Ltd | Production of light modulator |
-
1981
- 1981-04-09 JP JP5358481A patent/JPS57168219A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS53104256A (en) * | 1977-02-23 | 1978-09-11 | Fujitsu Ltd | Production of light modulator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57168219A (en) | 1982-10-16 |
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