JPH04107428A - Substrate type optical switch - Google Patents

Substrate type optical switch

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JPH04107428A
JPH04107428A JP22553590A JP22553590A JPH04107428A JP H04107428 A JPH04107428 A JP H04107428A JP 22553590 A JP22553590 A JP 22553590A JP 22553590 A JP22553590 A JP 22553590A JP H04107428 A JPH04107428 A JP H04107428A
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JP
Japan
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layer
current
confinment
current confinement
optical waveguide
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Application number
JP22553590A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tatsuya Sakano
坂野 達也
Shinzo Suzaki
慎三 須崎
Takao Shioda
塩田 孝夫
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Fujikura Ltd
Original Assignee
Fujikura Ltd
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Publication date
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Publication of JPH04107428A publication Critical patent/JPH04107428A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To reduce the absorption loss of free carriers by providing a current confinment layer above a compound semiconductor substrate and an optical waveguide layer above the current confinment layer, and composing the current confinment layer of a crystal layer where a current confinment part is selectively removed. CONSTITUTION:The current confinment layer 32 is provided above the compound semiconductor substrate 22, a 1st semiconductor layer which is not doped is provided above the current confinment layer 32, and the optical waveguide layer 34 is provided above the 1st semiconductor layer. In this case, the current confinment layer is composed of the crystal layer where the current confinment part is selectively removed and the current confinment part consists of the current confinment layer 32 and an opposite conduction type 2nd semiconductor layer. Consequently, carriers which are injected into a waveguide type optical switch flow as a narrow laminar current across the optical waveguide layer 34 toward the current confinment part, so that carriers are concentrated on only the part of the current confinment part which is required for switching. Therefore, the current confinment part confines the injected current effectively to an inflow and outflow area without outward dispersion. Consequently, the absorption loss of the free carriers can be decreased.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業−1−の利用分野] この発明は、光通信、光情報処理ノステム等のギーデバ
イスとして用いられる基板型光スイッチに関するもので
あり、更に詳しくは、電流閉し込め構造を有するキャリ
ア注入型の基板型光スイッチに関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Application in Industry-1-] This invention relates to a substrate type optical switch used as a power device in optical communication, optical information processing system, etc. The present invention relates to a carrier injection type substrate type optical switch having a buried structure.

[従来の技術] 従来、直接遷移形の半導体+Af−1はハントフィリン
グ効果により大きな非線形屈折率を示ずことが知られて
いる。この効果(J1光吸収によりバンドギャップに近
いところから電子が埋まり、吸収スペクトルが短波長側
にノットすることに起因するものである。そして、この
ハントフィリング効果を有効に用いた例として、第4図
及び第5図に示すような内部全反射型の基板型光スイッ
チが提供されている。
[Prior Art] Conventionally, it has been known that a direct transition type semiconductor +Af-1 does not exhibit a large nonlinear refractive index due to the Hunt-filling effect. This effect (resulting from the fact that electrons are filled from near the band gap due to J1 optical absorption, and the absorption spectrum is knotted toward the short wavelength side).As an example of effectively using this hunt-filling effect, A total internal reflection type substrate type optical switch as shown in FIG. 5 and FIG. 5 is provided.

この基板型光スイッチ1は、化合物半導体月利であるn
型インジウムリン(以下、n−1nPと称する)基板2
上に、無トープのインンウムガリウムヒ素リン(以下、
u−1nGaAsPと称する)等の化合物半導体R24
からなる2つの光導波路3.4が平面」−でX字形に交
差する」;うに形成され、この交差部5の」二面に電極
6が、また、この交差部5の下方のn−rnPnP2O
5面に電極7がそれぞれ形成されたものである。
This substrate type optical switch 1 has a compound semiconductor monthly rate n
type indium phosphide (hereinafter referred to as n-1nP) substrate 2
On top, tope-free inium gallium arsenide phosphide (hereinafter referred to as
Compound semiconductor R24 such as u-1nGaAsP)
Two optical waveguides 3.4 are formed to intersect in an X-shape on a plane, and electrodes 6 are provided on two sides of this intersection 5, and n-rnPnP2O below this intersection 5.
Electrodes 7 are formed on each of the five sides.

次に、第5図を参照して基板型光スイッチ1の製造方法
を説明する。
Next, a method for manufacturing the substrate type optical switch 1 will be explained with reference to FIG.

まず、同図(a)7こ示ず様に、あらかじめ下面1こ電
極7が形成された11nP暴板2上に、液相エピタキン
ヤル成長(LPE)法によりn−InPバッファ層11
、u−1nGaΔsP光導波路層I2、nTnPクラッ
ド層I3を順次多層成長させる。
First, as shown in FIG. 7(a), an n-InP buffer layer 11 is formed by liquid phase epitaxy (LPE) on an 11nP substrate 2 on which one electrode 7 has been formed on the bottom surface in advance.
, u-1nGaΔsP optical waveguide layer I2, and nTnP cladding layer I3 are sequentially grown in multiple layers.

次に、同図(b)に示す様に、フォトリソグラフィ及び
反応性イオンエソチンク(RIE)法により111nP
クラット層13を断面矩形状かつ平面X字形状にエツチ
ングしてリブ型の光導波路3(4)とする。次に、n−
1nPクラット層I3の電流閉じ込め部分?こ選択亜鉛
(Zn)拡散を用いてp型インジウムリン(以下、p−
1nl’と称する)電流閉じ込め層I4を形成する。次
に、u−1nGa八sPへ導波路層12の上部及びリブ
型の光導波路3(4)の交差部5の」二面を除く部分に
二酸化ケイ素(以下、Sin、と称する)絶縁層15を
形成し、p−InP電流閉じ込め層I4の上部に電極6
を形成する。
Next, as shown in the same figure (b), 111nP
The crat layer 13 is etched to have a rectangular cross-section and an X-shape in plan to form a rib-shaped optical waveguide 3 (4). Next, n-
Current confinement part of 1nP crat layer I3? Using this selective zinc (Zn) diffusion, p-type indium phosphide (hereinafter p-
A current confinement layer I4 (referred to as 1nl') is formed. Next, a silicon dioxide (hereinafter referred to as "Sin") insulating layer 15 is formed on the u-1nGa 8sP layer 12 on the upper part of the waveguide layer 12 and on the parts other than the two surfaces of the intersection 5 of the rib-shaped optical waveguide 3 (4). An electrode 6 is formed on the p-InP current confinement layer I4.
form.

この基板4−〇光スイッチIは、電極6.7間に電圧を
印加することにより交差部5の屈折率を変化させて入射
光を全反射ざU、出射光の方向を変化させる。
The substrate 4-0 optical switch I changes the refractive index of the intersection 5 by applying a voltage between the electrodes 6 and 7, thereby causing total reflection of the incident light and changing the direction of the emitted light.

例えば、第4図に示牢ように、光導波路3の端3aから
入射した光は、交差部5の電流がOFF状態であればそ
のまま同光導波路3の他端3bから出力するが、電流が
ON状態になると光導波路3から光導波路4に移行して
この光導波路4の他端4aから出力“4ることとなる。
For example, as shown in FIG. 4, light incident from the end 3a of the optical waveguide 3 will be output as is from the other end 3b of the optical waveguide 3 if the current at the intersection 5 is in the OFF state; When the ON state is reached, the optical waveguide 3 is transferred to the optical waveguide 4, and the output "4" is output from the other end 4a of the optical waveguide 4.

すなわち、光スイッチとしての動作を行う。That is, it operates as an optical switch.

ごのように、」−記の基板型光スイッチlは、バンドフ
ィリンク効果により大きな非線形屈折率を有するという
特徴と、n−1nP基板2上に液イ11エピタギノヤル
成長(L P II )法により第一段階成長のみで作
成できろという利点を持った光スイッチである。
As described above, the substrate-type optical switch l described in "-" has the characteristics of having a large nonlinear refractive index due to the bandpass link effect, and is fabricated by the liquid-liquid 11 epitaxial growth (LP II) method on the n-1nP substrate 2. It is an optical switch that has the advantage of being able to be created using only the first stage of growth.

[発明が解決しようとする課題] ところで、上記のノ1板型光スイノヂ1でi、J:、I
E人キャリアの閉じ込めに選択亜鉛(Zn)拡散を用い
ているために、p型のドーパントであるZnの深さ方向
の濃度制御が非常に難しいという問題点があった。拡散
深さ方向のZn濃度のばらつきにより遷移領域のキャリ
ア密度か大幅に変動するために、スイッチ駆動電流のば
らつきか大きく、またZnによるフリーキャリア吸収損
失を生じさせることとなり、したがって、光の伝送損失
を非常に大きなものにしている。
[Problem to be solved by the invention] By the way, in the above-mentioned one-plate optical switch 1, i, J:, I
Since selective zinc (Zn) diffusion is used to confine E carriers, there is a problem in that it is very difficult to control the concentration of Zn, which is a p-type dopant, in the depth direction. Because the carrier density in the transition region fluctuates significantly due to the dispersion of the Zn concentration in the direction of the diffusion depth, the switch drive current varies greatly, and free carrier absorption loss due to Zn occurs, resulting in an optical transmission loss. is making it very big.

また、p型の1・−パン)・は選択拡散ができるか、n
型のドーパントは一般に選択拡散ができないので、p型
の基板を用いて光スイッチを作成することが非常に困難
であるという問題点もあった。
Also, is it possible to selectively diffuse p-type 1・-pan)・?
Since p-type dopants generally cannot be selectively diffused, there is also the problem that it is very difficult to create an optical switch using a p-type substrate.

この発明(」、」−記の事情に鑑みてなされたもので、
以」二の問題点を有効に解決するとともに、スイッチン
グを行うための電流閉じ込めを選択亜鉛(Zn)拡散を
行うことなく、1.かも簡便に効率良く行うことができ
、かつ、自由キャリアの吸収損失を低下さ且ることので
きろ基板型光スイッチを提供することにある。
This invention ('','') was made in view of the circumstances listed below.
In addition to effectively solving the following two problems, the current confinement for switching can be selected without performing zinc (Zn) diffusion.1. Another object of the present invention is to provide a substrate type optical switch which can be easily and efficiently operated and which can reduce absorption loss of free carriers.

1課題を解決するための手段] 」二記課題を解決するために、この発明は次の様な基板
型光スイッチを採用した。ずなわぢ、化合物半導体材料
を光導波路とするキャリア注入型の基板型光スイッチに
おいて、化合物半導体箔板の」一部位置に電流閉じ込め
層を設け、該電流閉じ込め層の−上部位置に無)・−プ
の第1半導体層を設(J、該第1半導体層の」一部位置
に光導波路層を設け、前記電流閉じ込め層は電流閉じ込
め部を選択除去した結晶層から構成され、前記電流閉じ
込め部は前記電流閉じ込め層と反対導電型の第2半導体
層から構成されることを特徴としている。
Means for Solving Problem 1] In order to solve problem 2, the present invention employs the following substrate type optical switch. Zunawa, in a carrier injection type substrate optical switch using a compound semiconductor material as an optical waveguide, a current confinement layer is provided at a partial position of a compound semiconductor foil plate, and a current confinement layer is provided at a position above the current confinement layer. - an optical waveguide layer is provided at a partial position of the first semiconductor layer; The current confinement layer is characterized by being comprised of a second semiconductor layer of a conductivity type opposite to that of the current confinement layer.

[作用コ この発明では、電流閉じ込め層に電流閉じ込め部を形成
したことにより、基板型光スイッチに注入されたキャリ
アは光導波路層を横切り電流閉じ込め部に向う幅の狭い
層流となって流れ、光導波路層においてはスイッチング
に必要な部分のみにキャリアが集中する。したがって、
電流閉じ込め部は注入された電流を外方へ散逸すること
なくこの電流の流入流出領域内に効果的に閉じ込める。
[Function] In this invention, by forming a current confinement part in the current confinement layer, carriers injected into the substrate type optical switch flow as a narrow laminar flow across the optical waveguide layer toward the current confinement part, In the optical waveguide layer, carriers are concentrated only in the parts necessary for switching. therefore,
The current confinement effectively confines the injected current within the inflow and outflow regions without dissipating it outwardly.

前記電流閉し込め層の上部位置に独立して設けられた無
1・−プの第1半導体層と光導波路層は、入射光をこの
光導波路層の外方へ散逸することなく効果的に伝搬する
。この光導波路層においては、−1−記のキャリアがこ
の光導波路層の屈折率を効果的に変化ざUて入射光を全
反射させ出射光の方向を変化さUる。また、注入された
キャリアの吸収を低減し、自由キャリア吸収損失を低下
させる。
The first semiconductor layer and the optical waveguide layer provided independently above the current confinement layer effectively prevent incident light from being dissipated to the outside of the optical waveguide layer. propagate. In this optical waveguide layer, the carriers -1- effectively change the refractive index of this optical waveguide layer, causing total reflection of the incident light and changing the direction of the outgoing light. It also reduces absorption of injected carriers and reduces free carrier absorption loss.

前記電流閉じ込め層と反対導電型の第2半導体層から構
成された電流閉じ込め部は、電流閉じ込め部に注入され
たキャリアを外方へ散逸することなくごの電流の流入流
出領域内に更に効果的に閉じ込める。
The current confinement section, which is composed of a second semiconductor layer having a conductivity type opposite to that of the current confinement layer, more effectively prevents the carriers injected into the current confinement layer from dissipating outward, and prevents the carriers injected into the current confinement layer from dissipating outward. to be confined in

[実施例] 以下、図面を参照してこの発明の一実施例について説明
する。
[Embodiment] Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図ないし第3図はこの発明に係る基板型光スイッチ
21を示ず図である。
1 to 3 are diagrams that do not show the substrate type optical switch 21 according to the present invention.

この基板型光スイッチ2Iは、化合物半導体基板である
p−InP基板221−に、化合物半導体材オNからな
る2つの光導波路23.2/lが断面矩形状かつ平面上
でX字形状に交差4−るように形成され、この交差部2
5の−1−面にn−電極26が、また、この交差部25
の下方のp−ITIP基板22の下面にp−電極27が
それぞれ形成されたものである。
This substrate type optical switch 2I has a p-InP substrate 221- which is a compound semiconductor substrate, and two optical waveguides 23.2/l made of a compound semiconductor material 23.2/l have a rectangular cross section and intersect in an X-shape on a plane. 4, and this intersection 2
An n-electrode 26 is located on the -1- plane of 5, and this intersection 25
A p-electrode 27 is formed on the lower surface of the p-ITIP substrate 22 below.

このp−■nP基板22上には、第2図に示す様に、化
合物半導体結晶である(n+)−■nPバッファ層31
、n−InP電流閉じ込め層32、無ドープl nP 
(u −1nP )ハソファ層(第1半導体層)33、
u−TnGaAsP光尋波路層34が順次積層されてい
る。ただし、記号(n+)(あるいは(n−1−))は
、高濃度の不純物を含むp型(あるい(Jn型)を意味
する。
On this p-■nP substrate 22, as shown in FIG.
, n-InP current confinement layer 32, undoped l nP
(u −1nP )Hasopha layer (first semiconductor layer) 33,
U-TnGaAsP optical waveguide layers 34 are sequentially laminated. However, the symbol (n+) (or (n-1-)) means p-type (or (Jn-type)) containing a high concentration of impurities.

n−1nP電流閉じ込め層32の電流を閉じ込める部分
にはエツチングにより選択除去された電流閉じ込め部3
5が形成され、この電流閉し込め部35には、不純物(
Zn)拡散によりp型に転化したTnP層であるp−1
nP層(第2半導体層)36が形成されている。また、
このn−TnP電流閉じ込め層32の下部に形成された
(n+)−InPバッファ層31と、上部に形成された
u−TnP/<ツファ層33とは電流閉じ込め部35に
より連通されている。
A current confinement portion 3 is selectively removed by etching in a portion of the n-1nP current confinement layer 32 that confines current.
5 is formed, and this current confinement portion 35 contains impurities (
p-1, which is a TnP layer converted to p-type by Zn) diffusion
An nP layer (second semiconductor layer) 36 is formed. Also,
The (n+)-InP buffer layer 31 formed below this n-TnP current confinement layer 32 and the u-TnP/<Tfa layer 33 formed above are communicated by a current confinement portion 35.

u−TnG’aΔsP光導波路層34の光導波部分の」
一部にはn−TnPクラツl’層37及び(1+)−T
nG aA sPコンタクト層38が順次積層されてい
る。
of the optical waveguide portion of the u-TnG'aΔsP optical waveguide layer 34
In part, there is an n-TnP layer 37 and a (1+)-T
nGaA sP contact layers 38 are sequentially stacked.

そして、u −1’ nG aA sP光導波路層34
の上部及び(n+ )−1nG aΔsPコンタクト層
38の交差部25上面を除く部分には5iO7絶縁層3
つが形成されており、(n+) −1nG aΔsPコ
ンタクト層38の交差部25−1−面にはn−電極26
が形成されている。
And u −1′ nGaA sP optical waveguide layer 34
A 5iO7 insulating layer 3 is formed on the upper part of the (n+)-1nGaΔsP contact layer 38 except for the upper surface of the intersection 25.
An n-electrode 26 is formed on the intersection 25-1- plane of the (n+)-1nGa aΔsP contact layer 38.
is formed.

次に、第3図を参照して上記の基板型光スイ・ソヂ2I
の製造方法を説明する。
Next, referring to FIG. 3, the above substrate type optical switch 2I
The manufacturing method will be explained.

■[第3図(a)参照] 液相エピタギンヤル成長(LPE)法により、あらかし
め下部にp−電極27か形成されたp −1nPP板2
2」二に、第1段階の結晶成長として、(pl−) −
I nP ハソファ層31を3 li m、 n−I 
nP電電流口込め層32をI μm、 u −1nGa
ΔsP加工マスク層41を03μm順次多層成長させる
■ [See Fig. 3(a)] A p-1nPP plate 2 with a p-electrode 27 formed at the bottom of the tack by liquid phase epitaxy (LPE) method.
2" Second, as the first stage of crystal growth, (pl-) -
I nP Hasofa layer 31 3 lim, n-I
The nP current filling layer 32 is I μm, u −1 nGa
The ΔsP processing mask layer 41 is sequentially grown in multiple layers to a thickness of 03 μm.

■[第3図(b)参照] フォトリソグラフィにより、u−1nGaAsP加工マ
スク層41の電流閉じ込め部に対応する位置にエツチン
グ用窓42を形成する。次に、塩酸水溶液によりn−T
nP電流閉じ込め層32をエツチングし、電流閉じ込め
部35となる深さ15μmのV溝43を形成する。この
V溝/I3形成後に、不用となったu−1nGaAsP
加工マスク層41をn−InP電流閉じ込め層32から
除去する。
(2) [See FIG. 3(b)] Etching windows 42 are formed at positions corresponding to the current confinement portions of the u-1nGaAsP processing mask layer 41 by photolithography. Next, with aqueous hydrochloric acid solution, n-T
The nP current confinement layer 32 is etched to form a V-groove 43 with a depth of 15 μm which will become the current confinement portion 35. After forming this V groove/I3, the u-1nGaAsP that became unnecessary
Processing mask layer 41 is removed from n-InP current confinement layer 32.

■[第3図(c)参照] 液相エピタギシャル成長(LPE)法ににす、上述した
同図(b)のn−1nP電流閉じ込め層32及びV溝4
3の」一部位置に、第2段階の結晶成長として、u−T
nPバッファ層33を2μm、u−InG aA sP
P導波路層34を1.5 μm、 n −1nPクラッ
ト層37をI 、5 μm、 (n+) −1nGaΔ
sPコンタクト層38を0 、7 It m順次多層成
長させる。
■ [See Figure 3(c)] The n-1nP current confinement layer 32 and V groove 4 in Figure 3(b) described above are made by liquid phase epitaxial growth (LPE).
As the second stage of crystal growth, u-T
The nP buffer layer 33 has a thickness of 2 μm and is made of u-InGaA sP.
P waveguide layer 34 is 1.5 μm, n −1nP crat layer 37 is I, 5 μm, (n+) −1nGaΔ
The sP contact layer 38 is sequentially grown in multiple layers of 0 and 7 It m.

この第2段階の結晶成長中に(n+) −T nPバッ
ファ層31からu−TnPバッファ層33に向ってp型
ドーパントである7、 nが拡散し、電流閉じ込め部3
5の周辺をp型に転化したInP層であるp−1nP層
36か形成される。このp−1nP層36の光導波路2
3.24の交差部25に沿う長さ(Q)(第1図参照)
は高々百数十/1mである。
During this second stage of crystal growth, the p-type dopant 7,n diffuses from the (n+)-TnP buffer layer 31 toward the u-TnP buffer layer 33, and the current confinement portion 3
A p-1nP layer 36, which is an InP layer converted to p-type, is formed around the p-1nP layer 36. Optical waveguide 2 of this p-1nP layer 36
3. Length (Q) along intersection 25 of 24 (see Figure 1)
is at most a hundred and several tens of meters per meter.

■[第3図((1)参照] (n±) −1nG aA sPコンタクト層38の−
1一部の光導波路23(24)形成部分に810.マス
ク層44を形成し、反応性イオンエツチング([え[ト
〕)によりn−1nPクラy l’層37及び(n−f
−) −I nG aAsPコンタクト層38全38の
形状にエツチングし、断面矩形状かつ平面X字形状のリ
ブ型の光導波路23(24)とする。この光導波路23
(24)形成後に、不用となったSi○、マスク層44
を(n+)  1nGaΔsPコンタクトIL 38か
ら除去する。
■ [See Figure 3 (1)] (n±) -1nG aA sP contact layer 38 -
1. 810. is formed in a part of the optical waveguide 23 (24) forming part. A mask layer 44 is formed, and the n-1nP crystal layer 37 and (nf
-) -InG aAsP contact layer 38 is etched into the shape of all 38 to form a rib-shaped optical waveguide 23 (24) having a rectangular cross section and an X-shape in plane. This optical waveguide 23
(24) Si○, mask layer 44 that is no longer needed after formation
is removed from the (n+) 1nGaΔsP contact IL 38.

■[第3図(e)参照] u−1nG aA sP光導波層34の」一部と、光導
波路23(24)の交差部25の上面を除く部分にS+
O3絶縁層39を形成し、次に、光導波路23(24)
の交差部25の」―面にn−電極26を形成し、基板型
光スイッチ21とオろ、。
■[Refer to FIG. 3(e)] S+ is applied to the part of the u-1nG aA sP optical waveguide layer 34 and the upper surface of the intersection 25 of the optical waveguide 23 (24).
After forming the O3 insulating layer 39, the optical waveguide 23 (24) is formed.
An n-electrode 26 is formed on the plane of the intersection 25 of the substrate type optical switch 21.

−1−記の様に構成された基板型光スイッチ21のn−
電極2Gとp〜電極27間に所定の電圧を印加すると、
n−電極26より注入されノこ一1’ ヤリアは(n十
)−” I nG aA sPコンタクト層38、n−
1nPクラッド層37、u−1nGaΔsP光導波路層
34を横切り(p+)  rnpバッファ層31へ流れ
込む。
n- of the substrate type optical switch 21 configured as described in -1-
When a predetermined voltage is applied between the electrode 2G and the p~electrode 27,
The contact layer 1' injected from the n-electrode 26 is (n0)-''InGaA sP contact layer 38, n-
It crosses the 1nP cladding layer 37 and the u-1nGaΔsP optical waveguide layer 34 (p+) and flows into the rnp buffer layer 31.

n−InPYJl流閉じ込め/i32には1)−11I
P層36からなる電流閉じ込め部35が形成されている
ので、注入されたキャリアは電極26から電流閉じ込め
部35に向って幅の狭い層流となり、u−1nGa八s
Pへ導波路層34においてはスイッチングに必要な部分
のみにキャリアが集中することとなる。したがって、こ
のキャリアが交差部25の屈折率を効果的に変化させて
入射光を全反射させ出射光の方向を変化させることとな
る。例えば、第1図に示すように、光導波路23の一端
23aから入射した光は、交差部25の電流かOFF状
態であればそのまま同光導波路23の他端231)から
出力するが、電流がON状態になると光導波路23から
光導波路24に移行してこの光導波路24の他端24a
から出力することとなる。ずなわし、光スイッチとして
の動作を行う。
n-InPYJl flow confinement/i32 is 1)-11I
Since the current confinement part 35 made of the P layer 36 is formed, the injected carriers become a narrow laminar flow from the electrode 26 toward the current confinement part 35, and the u-1nGa 8s
In the P waveguide layer 34, carriers are concentrated only in the portion necessary for switching. Therefore, this carrier effectively changes the refractive index of the intersection 25, causing total reflection of the incident light and changing the direction of the emitted light. For example, as shown in FIG. 1, light incident from one end 23a of the optical waveguide 23 will be output as is from the other end 231) of the optical waveguide 23 if the current at the intersection 25 is OFF; When the ON state is reached, the optical waveguide 23 is transferred to the optical waveguide 24, and the other end 24a of this optical waveguide 24 is turned on.
It will be output from. It operates as an optical switch.

ここで、本発明者等が行った基板型光スイッチ21の効
果確認の検問結果について説明する。
Here, the results of a test conducted by the inventors to confirm the effectiveness of the substrate type optical switch 21 will be explained.

表・Iは、この実施例の素子長2mmの2×2基板型光
スイツヂ2Iと従来の基板型光スイッチ1とを比較した
ものである。
Table I compares the 2×2 substrate type optical switch 2I of this embodiment with an element length of 2 mm and the conventional substrate type optical switch 1.

」−記の結果から、基板型光スイッチ21では、従来の
基板型光スイッチIと比べて約1/2の大きさの駆動電
流でスイッチング動作が可能であり、挿入損失も6(1
3以上低下することがイつかる。この中で導波損失はI
 (113/ cmてあり、低下した挿入損失の大半か
自由キャリア吸収の減少によるものである。また、消光
比は+5(113で従来のものと変わりがなく、他の特
性も特に変化はみられない。これより、この基板型光ス
イッチ21は、駆動電流80mAでスイッチング動作し
良好なスイッチング特性を有することがわかる。
”-, the substrate-type optical switch 21 can perform switching operation with approximately 1/2 the drive current compared to the conventional substrate-type optical switch I, and the insertion loss is also 6 (1/2).
A drop of 3 or more is a problem. Among these, the waveguide loss is I
(113/cm), and most of the reduced insertion loss is due to a decrease in free carrier absorption.Also, the extinction ratio is +5 (113/cm), which is the same as the conventional one, and there are no particular changes in other characteristics. From this, it can be seen that this substrate type optical switch 21 performs a switching operation with a drive current of 80 mA and has good switching characteristics.

以上詳細に説明した様に、」二記の一実施例の基板型光
スイッチ21によれば、p−InP基板22上に化合物
半導体結晶から構成されたn−1nP電流閉じ込め層3
2が形成されており、このn −T nP電流閉じ込め
層32の電流を閉じ込める部分には、エツチングにより
選択除去された電流閉じ込め部35が形成されているの
で、この電流閉じ込め部35の上部(こ形成されたp−
n接合構造はキャリアの注入を効果的に行ない、一方、
電流閉じ込め部35を除<n−TnP電流閉じ込め層3
2は逆耐圧以下の印加電圧に対して常に高抵抗状態(電
流OFF状態)を良好に保持することとなり、注入され
た電流を外方へ散逸することなくこの電流の流入流出領
域内に効果的に閉じ込めることができる。したがって、
光導波路23(24)にお1プるキャリアの広がりが小
さくなり、スイッチンク部分にお(Jるキャリア密度が
増加するので、スイッチング部分の屈折率を低駆動電流
で低ドさせることかでき、効率のよいスイッチング動作
を得ることができる3、 また、n−1nP電流閉し込め層32及び電流閉じ込め
部35の形成を全て通):5の結晶成長手段を用いて行
うことができるのでドーパント濃度の制御性か良好とな
り、自由キャリア吸収損失を低下ざ且ることかでき、挿
入損失の増大を抑制することができる。したかって、低
駆動電流でスイッチング動作可能、良好な損失特性、高
効率等の特徴を有する基板型光スイノヂを提供すること
ができる。
As described in detail above, according to the substrate type optical switch 21 of the embodiment described in Section 2, the n-1nP current confinement layer 3 made of a compound semiconductor crystal is formed on the p-InP substrate 22.
2 is formed, and a current confinement portion 35 selectively removed by etching is formed in the current confinement portion of this n-T nP current confinement layer 32. formed p-
The n-junction structure effectively injects carriers, while
Excluding current confinement portion 35<n-TnP current confinement layer 3
2 always maintains a high resistance state (current OFF state) well against applied voltages below the reverse breakdown voltage, and effectively directs the injected current within the inflow and outflow region without dissipating it outward. can be confined to. therefore,
The spread of the carriers flowing into the optical waveguide 23 (24) becomes smaller, and the carrier density in the switching part increases, so the refractive index of the switching part can be lowered with a low drive current. In addition, the formation of the n-1nP current confinement layer 32 and the current confinement portion 35 can be performed using the crystal growth method described in 5. controllability is improved, free carrier absorption loss can be reduced, and increase in insertion loss can be suppressed. Therefore, it is possible to provide a substrate type optical switch which can perform switching operation with a low drive current, has good loss characteristics, high efficiency, and the like.

また、n−InP電流閉し込め層32の上部位置にu−
■nPハソファ層33、uTnGaΔsP光導波路層3
4を順次積層したので、入射光をこのUInGaAsP
光導波路層34の外方へ散逸することなく効果的に伝搬
させろことかでき、注入されたキャリアかLI  In
Ga/\sP光導波路層3/Iの屈折率を効果的に変化
ざUることかでき、出射光の方向を低駆動電流で効果的
に変化させろことができる。また、自由キャリアの吸収
を低減することかでき、白目]キャリアの吸収損失を低
ドさUることがてきる。
In addition, u-
■nP haphazard layer 33, uTnGaΔsP optical waveguide layer 3
4 were stacked sequentially, so the incident light was
The injected carriers can be effectively propagated outside the optical waveguide layer 34 without being dissipated.
The refractive index of the Ga/\sP optical waveguide layer 3/I can be effectively changed, and the direction of emitted light can be effectively changed with a low driving current. Furthermore, absorption of free carriers can be reduced, and absorption loss of pewter carriers can be reduced.

また、電流閉じ込め部35にはpInr’層36が層成
6れているので、電流閉じ込め部35に注入されたキャ
リアは外方へ散逸することなく電流の流入流出領域内に
更に効果的に閉じ込めることができる。
Furthermore, since the pInr' layer 36 is layered in the current confinement section 35, the carriers injected into the current confinement section 35 are more effectively confined within the current inflow/outflow region without being dissipated outward. be able to.

なお、上部の実施例においては、I)InP基板22上
にn−TnP電流閉じ込め層32を形成した構成とした
が、この構成はp型態外の化合物半導体基板にも適用す
るこ七ができ、例えば、n−1nP基板上にp−TnP
電流閉じ込め層を形成した構成、あるいはTnP基板上
に5T−rnP電流閉し込め層を形成した構成等、様々
な構成のものが可能であ・る。
In the above embodiment, the n-TnP current confinement layer 32 is formed on the InP substrate 22 (I), but this structure can also be applied to compound semiconductor substrates other than p-type. , for example, p-TnP on an n-1nP substrate.
Various configurations are possible, such as a configuration in which a current confinement layer is formed or a configuration in which a 5T-rnP current confinement layer is formed on a TnP substrate.

[発明の効果] 以」二詳細に説明した様に、この発明によれば、化合物
半導体材料を光導波路とするキャリア注入型の基板型光
スイッチにおいて、化合物半導体基板の上部位置に電流
閉じ込め層を設け、該電流閉じ込め層の上部位置に光導
波路層を設51、前記電流閉じ込め層は電流閉じ込め部
を選択除去した結晶層から構成されることとしたので、
この電流閉じ込め部の」一部で(Jキャリアの注入を効
果的に行なうことができ、一方、電流閉じ込め部を除く
電流閉じ込め層の上部では逆耐圧以下の印加電圧に対し
て常に高抵抗状e(電流OFF状fQ )を良好に保持
することとなり、注入された電流を外方へ散逸すること
なくこの電流の流入流出領域内に効果的に閉じ込めるこ
とができる。したかって、光導波路層にお(」るキャリ
アの広がりが小さくなり、スイッチング部分にお1ジる
キャリア密度が増加するので、低駆動電流で効率のよい
スイッチング動作を得ることができる。
[Effects of the Invention] As described in detail below, according to the present invention, in a carrier injection type substrate type optical switch using a compound semiconductor material as an optical waveguide, a current confinement layer is provided at an upper position of the compound semiconductor substrate. An optical waveguide layer is provided 51 above the current confinement layer, and the current confinement layer is composed of a crystal layer from which the current confinement portion is selectively removed.
J carriers can be injected effectively in this part of the current confinement region, while the upper part of the current confinement layer excluding the current confinement region is always in a high resistance state for applied voltages below the reverse breakdown voltage. (current OFF condition fQ) is maintained well, and the injected current can be effectively confined within the inflow and outflow region without dissipating outward. Since the spread of the carriers caused by the oscillation is reduced and the carrier density flowing into the switching portion is increased, efficient switching operation can be achieved with a low drive current.

また、化合物半導体基板にの任意の位置に自在に電流閉
し込め部を形成することができるので、電流閉し込め層
及び電流閉し込め部はドーパント濃度の制御を良好に行
うことかでき、従来のものと比較して良好な損失特性を
得ることができる。
In addition, since the current confinement portion can be freely formed at any position on the compound semiconductor substrate, the dopant concentration of the current confinement layer and the current confinement portion can be well controlled. Better loss characteristics can be obtained compared to conventional ones.

また、電流閉じ込め層の」一部位置に無トープの第1半
導体層を設(J、該第1半導体層の−1一部位置に光導
波路層を設けたので、入射光をこの光導波路層の外方へ
散逸することなく効果的に伝搬させることができ、注入
されたキャリアが光導波路層の屈折率を効果的に変化さ
せることができ、出射光の方向を低駆動電流で効果的に
変化させることができる。また、自由キャリアの吸収を
低減することができ、自由キャリアの吸収損失を低下さ
且ることかできる。
In addition, since a non-toped first semiconductor layer was provided at a part of the current confinement layer (J), an optical waveguide layer was provided at a part of the first semiconductor layer. The injected carriers can effectively change the refractive index of the optical waveguide layer, and the direction of the emitted light can be effectively changed with a low driving current. In addition, the absorption of free carriers can be reduced, and the absorption loss of free carriers can be reduced.

また、電流閉じ込め部は、前記電流閉し込め層と反対導
電型の第2半導体眉から構成されているので、電流閉じ
込め部に注入されたキャリアは外方へ散逸することなく
電流の流入流出領域内に更に効果的に閉じ込めることが
できる。
Furthermore, since the current confinement section is composed of a second semiconductor layer having a conductivity type opposite to that of the current confinement layer, the carriers injected into the current confinement section do not dissipate outward, and the current flows into and out of the region. can be more effectively confined within.

以」二により、自由キャリアの吸収損失を低下させるこ
とができ、損失特性の良好な高効率の基板型光スイッチ
を提供することができる。
As a result of the above, the absorption loss of free carriers can be reduced, and a highly efficient substrate type optical switch with good loss characteristics can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図ないし第3図はこの発明の一実施例を示ケ図であ
って、第1図は基板型光スイッチの斜視図、第2図は第
1図のIT −n線に沿う断面図、第3図(a)〜(e
)は基板型光スイッチの製造方法を説明するための過程
図、第4図及び第5図は従来の基板型光スイッチを示す
図であって、第4図は基板型光スイッチの斜視図、第5
図(a)及び(b)は基板型光スイッチの製造方法を説
明するための過程図である。 2】 ・・・ 22 ・・ ・・・基板型光スイッチ、 ・p−1nP基板、 ・光導波路、 ・交差部、  26 ・・ ・・n ・・・p−電極 ・(p+)−1nPバッファ層、 n−InP電流閉じ込め層、 u−1nPバッファ層、 u−TnGaΔsP光導波路層、 電流閉じ込め部、 電極、 p−1nP層、 n−1nPクラツドl〆、 (n+ ) −r nc; aA sPコンタクS10
.絶縁層。
1 to 3 are diagrams showing one embodiment of the present invention, in which FIG. 1 is a perspective view of a substrate type optical switch, and FIG. 2 is a sectional view taken along the IT-n line in FIG. 1. , Figure 3(a)-(e
) is a process diagram for explaining the manufacturing method of a substrate type optical switch, FIGS. 4 and 5 are diagrams showing a conventional substrate type optical switch, and FIG. 4 is a perspective view of the substrate type optical switch. Fifth
Figures (a) and (b) are process diagrams for explaining the manufacturing method of a substrate type optical switch. 2]...22...Substrate type optical switch, -p-1nP substrate, -optical waveguide, -intersection, 26...n...p-electrode/(p+)-1nP buffer layer , n-InP current confinement layer, u-1nP buffer layer, u-TnGaΔsP optical waveguide layer, current confinement section, electrode, p-1nP layer, n-1nP cladding l〆, (n+) -r nc; aA sP contact S10
.. insulation layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】  化合物半導体材料を光導波路とするキャリア注入型の
基板型光スイッチにおいて、 化合物半導体基板の上部位置に電流閉じ込め層を設け、
該電流閉じ込め層の上部位置に無ドープの第1半導体層
を設け、該第1半導体層の上部位置に光導波路層を設け
、前記電流閉じ込め層は電流閉じ込め部を選択除去した
結晶層から構成され、前記電流閉じ込め部は前記電流閉
じ込め層と反対導電型の第2半導体層から構成されるこ
とを特徴とする基板型光スイッチ。
[Claims] In a carrier injection type substrate type optical switch using a compound semiconductor material as an optical waveguide, a current confinement layer is provided at an upper position of the compound semiconductor substrate,
An undoped first semiconductor layer is provided above the current confinement layer, an optical waveguide layer is provided above the first semiconductor layer, and the current confinement layer is composed of a crystal layer from which a current confinement portion is selectively removed. . A substrate type optical switch, wherein the current confinement section is composed of a second semiconductor layer having a conductivity type opposite to that of the current confinement layer.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH06186602A (en) * 1992-12-22 1994-07-08 Nec Corp Nonlinear optical element
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