JPH05204003A - Substrate type optical switch and its production - Google Patents

Substrate type optical switch and its production

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JPH05204003A
JPH05204003A JP3562092A JP3562092A JPH05204003A JP H05204003 A JPH05204003 A JP H05204003A JP 3562092 A JP3562092 A JP 3562092A JP 3562092 A JP3562092 A JP 3562092A JP H05204003 A JPH05204003 A JP H05204003A
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JP
Japan
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layer
inp
current
substrate
optical waveguide
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Application number
JP3562092A
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Japanese (ja)
Inventor
Tatsuya Sakano
達也 坂野
Masaaki Akiyama
正明 秋山
Jii Rabikumaaru Kee
ケー.ジー.ラビクマール
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujikura Ltd
Original Assignee
Fujikura Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide the above switch which is suitable for high-speed switching by decreasing a driving current and diminishing a parasitic capacity. CONSTITUTION:A buffer layer 11 consisting of p-InP, an optical waveguide layer 12 consisting of u-InGaAsP, a current confining layer 13 consisting of n<+>-InP and a cap layer 14 consisting of n<+>-InGaAsP are successively crystal grown on a substrate 1 of P-InP by a liquid phase epitaxy or vapor growth method and thereafter, the current confining layer 13 is etched by a selective chemical etching method. A current block layer 15 of Si-InP is then crystal grown so as to be adjacent to the current confining layer 13 and further, this current block layer 15 is etched to constitute a bridge type waveguide structure. An electrode 18 in contact with the current confining layer is provided atop the substrate 1 and an electrode 19 is provided on the rear surface of the substrate 1.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、光通信や光情報処理
等に用いられる基板型光スイッチ及びその製造方法に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a substrate type optical switch used for optical communication, optical information processing and the like and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、基板型光スイッチとして、キ
ャリア注入により引き起こされるバンドフィリング効果
による大きな屈折率変化を利用することにより構成され
る内部全反射型光スイッチが提案されている(たとえば
IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATION vo
l.6,No.7 p1262-1266)。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a substrate type optical switch, an internal total reflection type optical switch has been proposed which utilizes a large change in the refractive index due to a band filling effect caused by carrier injection (for example,
IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATION vo
l.6, No.7 p1262-1266).

【0003】この基板型光スイッチは、図10に示すよ
うに、化合物半導体材料であるn−InP(n型インジ
ウムリン)の基板4上にX字状の光導波路部5を設け
て、その交差部をスイッチング部6として形成したもの
である。光導波路部5は、図11に示すようにリブ型光
導波路構造となっており、n−InP基板4上にn−I
nPバッファ層41を介してu−InGaAsP(無ド
ープインジウムガリウムヒ素リン)の光導波路層42を
形成し、さらにその上にn−InPクラッド層43を形
成した後、エッチングすることにより作られている。
In this substrate type optical switch, as shown in FIG. 10, an X-shaped optical waveguide portion 5 is provided on a substrate 4 of n-InP (n-type indium phosphide) which is a compound semiconductor material, and intersects with each other. The part is formed as the switching part 6. The optical waveguide section 5 has a rib type optical waveguide structure as shown in FIG. 11, and is formed on the n-InP substrate 4 with n-I.
An optical waveguide layer 42 of u-InGaAsP (undoped indium gallium arsenide phosphide) is formed via an nP buffer layer 41, an n-InP clad layer 43 is further formed on the optical waveguide layer 42, and etching is performed. ..

【0004】その交差部のスイッチング部6では、図1
2に示すように、n−InPクラッド層43の一部にp
−InP電流閉じ込め層44が形成され、その上面にp
型電極46が、下面にn型電極47が形成されている。
なお、このn−InP基板4の上面には、p−InP電
流閉じ込め層44の上面を除いて、その全面を覆うよう
に二酸化硅素の絶縁層45が形成されている。
The switching section 6 at the intersection is shown in FIG.
2, a part of the n-InP clad layer 43 has p
-InP current confinement layer 44 is formed, and p is formed on the upper surface thereof.
The mold electrode 46 and the n-type electrode 47 are formed on the lower surface.
An insulating layer 45 of silicon dioxide is formed on the upper surface of the n-InP substrate 4 so as to cover the entire surface of the p-InP current confinement layer 44 except the upper surface thereof.

【0005】電極46、47間に電圧をかけることによ
り電流を注入すると、p−InP電流閉じ込め層44と
n−InPバッファ層41との間にダブルヘテロ接合が
形成されるため、このp−InP電流閉じ込め層44を
通じて順方向電流が流れる。n−InPクラッド層43
は電流を阻止する電流ブロック層として機能する。この
ような構造をとるのはu−InGaAsP光導波路層4
2内で注入キャリア密度を上げるためである。このキャ
リア注入により、バンドフィリング効果による屈折率変
化が起こり、入射光の全反射を生じさせることができ
る。すなわち、図10に示すように、光導波路部5の一
端Piから光を入射する場合、上記のような電流注入を
行なわないときは光は直進して一端Paより出射する
が、上記のように電流注入するとスイッチング部6で全
反射されて他端Pbより出射するようになる。
When a current is injected by applying a voltage between the electrodes 46 and 47, a double heterojunction is formed between the p-InP current confinement layer 44 and the n-InP buffer layer 41, so that this p-InP is formed. A forward current flows through the current confinement layer 44. n-InP clad layer 43
Acts as a current blocking layer that blocks current. This structure has a structure of the u-InGaAsP optical waveguide layer 4
This is to increase the density of injected carriers within 2. By this carrier injection, the refractive index changes due to the band-filling effect, and total reflection of incident light can be generated. That is, as shown in FIG. 10, when the light is incident from one end Pi of the optical waveguide portion 5 and the current is not injected as described above, the light goes straight and is emitted from the one end Pa, but as described above. When the current is injected, it is totally reflected by the switching unit 6 and emitted from the other end Pb.

【0006】このような基板型光スイッチは、従来では
つぎのようにして製造されている。まず、液相エピタキ
シャル成長(LPE)法または有機金属気相成長(OM
VPE)法により、図13に示すようにn−InP基板
4の一面上に、n−InPバッファ層41、u−InG
aAsP光導波路層42及びn−InPクラッド層43
を順次多層成長させる。つぎに、この基板4の上面をフ
ォトリソグラフ技術と反応性イオンエッチング(RI
E)技術を用いてn−InPクラッド層43の一部をエ
ッチングすることにより図11や図12に示すようなリ
ブ型光導波路構造を作る。その後、交差部において亜鉛
(Zn)を選択的に拡散し、p−InP電流閉じ込め層
44を形成する。そして、上面を覆う二酸化硅素の絶縁
層45の一部を除去し光導波路層42に対してp型電極
46をコンタクトさせるとともに、下面にn型電極47
を形成する。
Such a substrate type optical switch is conventionally manufactured as follows. First, liquid phase epitaxial growth (LPE) method or metal organic chemical vapor deposition (OM)
VPE) method, as shown in FIG. 13, the n-InP buffer layer 41 and the u-InG are formed on one surface of the n-InP substrate 4.
aAsP optical waveguide layer 42 and n-InP clad layer 43
Are sequentially grown in multiple layers. Next, the upper surface of the substrate 4 is subjected to photolithography technology and reactive ion etching (RI
E) technique is used to etch a part of the n-InP cladding layer 43 to form a rib type optical waveguide structure as shown in FIGS. After that, zinc (Zn) is selectively diffused at the intersection to form the p-InP current confinement layer 44. Then, a part of the silicon dioxide insulating layer 45 covering the upper surface is removed, the p-type electrode 46 is brought into contact with the optical waveguide layer 42, and the n-type electrode 47 is formed on the lower surface.
To form.

【0007】このような基板型光スイッチは、バンドフ
ィリング効果による大きな屈折率変化を用いるという特
徴を有するとともに、n−InP基板上にLPE法また
はOMVPE法により1回の結晶成長のみで作製できる
という利点を持っている。
Such a substrate type optical switch is characterized by using a large change in the refractive index due to the band-filling effect, and can be fabricated on the n-InP substrate by the LPE method or the OMVPE method only once. Have an advantage

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
基板型光スイッチは、低電流駆動という点で問題がある
とともに、寄生容量が高速スイッチングの障害になると
いう問題がある。駆動電流が大きくなると、光スイッチ
の駆動電力が大きくなるので、特にこのような光スイッ
チを集積化する場合や高速で動作させる場合には問題が
大きい。
However, the conventional substrate type optical switch has a problem in that it is driven at a low current, and also has a problem that the parasitic capacitance becomes an obstacle to high-speed switching. When the driving current becomes large, the driving power of the optical switch becomes large, so that there is a serious problem especially when such an optical switch is integrated or operated at high speed.

【0009】上記のように駆動電流が大きくなる原因と
しては以下に示すようなことが考えられる。まず、この
基板型光スイッチは、上記のようにn−InPクラッド
層内にZn拡散を用いて電流閉じ込め層を形成してい
る。光スイッチに一定の電流を注入した場合、電流閉じ
込め領域の体積が小さくなれば注入キャリア密度は増加
するので低電流駆動が実現できるが、このような光スイ
ッチでは拡散という手法を用い電流閉じ込め領域を形成
しているため電流閉じ込め領域の幅を微細(たとえば1
μm以下)にすることが困難であり、低電流駆動を実現
することができない。また、このように形成されたp−
InP電流閉じ込め層は、n−InPクラッド層との間
でpn順方向ホモ接合を形成する。すなわち、注入され
た電流は、ダブルヘテロ接合とこのホモ接合間のわずか
なポテンシャル差により、ダブルヘテロ接合側に優先的
に流れるのであるが、高電流注入時にはポテンシャルの
差が小さいのでこのホモ接合側にも電流が流れることと
なり、高効率動作、つまり低電流駆動を実現することが
できない。さらに、拡散その他の方法でp−InP電流
閉じ込め層の幅を微細にすることができたとしても、こ
の電流を閉じ込める領域がp型のInPにより構成され
ることになり、p型のInPはn型のInPに比べて電
気抵抗率が1桁大きいので、この電流閉じ込め領域で素
子の電気抵抗が増大し、低電力で光スイッチを駆動する
ことが困難となる。そのため、このような光スイッチを
集積化してマトリクススイッチを形成する場合には個々
のスイッチエレメントでの消費電力が大きいので、全消
費電流が大きくなって問題が大きい。
The cause of the large drive current as described above can be considered as follows. First, in this substrate type optical switch, the current confinement layer is formed by using Zn diffusion in the n-InP cladding layer as described above. When a constant current is injected into the optical switch, the injection carrier density increases as the volume of the current confinement region decreases, so low current drive can be realized.However, in such an optical switch, a method called diffusion is used to reduce the current confinement region. Since it is formed, the width of the current confinement region is very small (for example, 1
.mu.m or less), and low current drive cannot be realized. In addition, p- formed in this way
The InP current confinement layer forms a pn forward homojunction with the n-InP cladding layer. That is, the injected current preferentially flows to the double heterojunction side due to the slight potential difference between the double heterojunction and this homojunction, but the potential difference is small at the time of high current injection, so this homojunction side Therefore, a current also flows, and high efficiency operation, that is, low current drive cannot be realized. Further, even if the width of the p-InP current confinement layer can be made fine by diffusion or other method, the region for confining this current is constituted by p-type InP, and p-type InP is n-type. Since the electrical resistivity is one digit higher than that of InP, the electrical resistance of the device increases in this current confinement region, making it difficult to drive the optical switch with low power. Therefore, when such an optical switch is integrated to form a matrix switch, the power consumption of each switch element is large, resulting in a large total current consumption, which is a serious problem.

【0010】また、p−InP電流閉じ込め層とn−I
nPクラッド層(電流ブロック層)との間で生じる接合
容量が形成される。この寄生容量が、スイッチングを高
速化した場合に問題となり、スイッチングの高速化の障
害となっている。
The p-InP current confinement layer and the n-I
A junction capacitance generated between the nP clad layer (current blocking layer) is formed. This parasitic capacitance becomes a problem when the switching speed is increased, which is an obstacle to the high speed switching.

【0011】この発明は、上記に鑑み、低電流駆動が可
能で、かつ寄生容量が小さくて高速スイッチングに適し
た基板型光スイッチを提供することを目的とする。
In view of the above, it is an object of the present invention to provide a substrate type optical switch which can be driven at a low current, has a small parasitic capacitance and is suitable for high speed switching.

【0012】また、この発明は、そのように改善された
基板型光スイッチの製造方法を提供することをも目的と
している。
Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing such an improved substrate type optical switch.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明による基板型光スイッチにおいては、p−
InP基板と、この基板上に形成されたu−InGaA
sP光導波路層と、この光導波路層上に並列的に形成さ
れたn−InP電流閉じ込め層及びSI−InP電流ブ
ロック層とが備えられており、電流閉じ込め層の幅を従
来の1/2以下の1μm程度とすることができ、また導
電型がn型なので、従来のようなp型の電流閉じ込め層
と比較すると素子の抵抗を1桁ほど改善することができ
る。
In order to achieve the above object, in the substrate type optical switch according to the present invention, p-
InP substrate and u-InGaA formed on this substrate
The sP optical waveguide layer and the n-InP current confinement layer and the SI-InP current blocking layer formed in parallel on the optical waveguide layer are provided, and the width of the current confinement layer is 1/2 or less of the conventional width. Of about 1 μm, and since the conductivity type is n-type, the resistance of the device can be improved by one digit as compared with the conventional p-type current confinement layer.

【0014】この発明による基板型光スイッチ製造方法
は、p−InP基板上にu−InGaAsP光導波路層
及びn−InP電流閉じ込め層を順次結晶成長させ、そ
の後このn−InP電流閉じ込め層をエッチングしてこ
の電流閉じ込め層の幅を狭くし、つぎにこの電流閉じ込
め層の脇に隣接するように上記光導波路層上にSI−I
nP電流ブロック層を再度結晶成長させることが特徴と
なっている。
In the method of manufacturing a substrate type optical switch according to the present invention, a u-InGaAsP optical waveguide layer and an n-InP current confinement layer are sequentially grown on a p-InP substrate, and then the n-InP current confinement layer is etched. The width of the lever current confinement layer is narrowed, and then SI-I is formed on the optical waveguide layer so as to be adjacent to the side of the current confinement layer.
It is characterized in that the nP current blocking layer is crystal-grown again.

【0015】また、p−InP基板上にu−InGaA
sP光導波路層及びSI−InP電流ブロック層を順次
結晶成長させ、その後このSI−InP電流ブロック層
をエッチングして上記光導波路層に到達する細長い溝を
形成し、つぎにこの細長い溝中において上記光導波路層
上にn−InP電流閉じ込め層を結晶成長させて製造し
てもよい。
Further, u-InGaA is formed on the p-InP substrate.
The sP optical waveguide layer and the SI-InP current blocking layer are sequentially crystal-grown, and then the SI-InP current blocking layer is etched to form an elongated groove reaching the optical waveguide layer. The n-InP current confinement layer may be grown on the optical waveguide layer by crystal growth.

【0016】[0016]

【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照しながら詳細に説明する。図1は第1の実施例にかか
る基板型光スイッチを示すもので、この図に示すよう
に、化合物半導体材料であるp−InP基板1上にX字
状の光導波路部2が設けられており、その交差部がスイ
ッチング部3として形成されている。光導波路部2は図
2に示すようにリッジ型光導波路構造となっており、p
−InP基板1上にp−InPバッファ層11を介して
u−InGaAsP光導波路層12が形成され、さらに
その上に細長いSI−InPクラッド層15及びn+
InGaAsPキャップ層14が凸状に乗っているとい
う構造となっている。このSI−InPクラッド層15
というのは、InPにFe(鉄)などをドープして抵抗
を高めた準絶縁(Semi Insulated)層で
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a substrate type optical switch according to a first embodiment. As shown in FIG. 1, an X-shaped optical waveguide portion 2 is provided on a p-InP substrate 1 which is a compound semiconductor material. And the intersecting portion is formed as the switching portion 3. The optical waveguide portion 2 has a ridge type optical waveguide structure as shown in FIG.
The u-InGaAsP optical waveguide layer 12 is formed on the -InP substrate 1 via the p-InP buffer layer 11, and the elongated SI-InP cladding layer 15 and n + -are further formed thereon.
The InGaAsP cap layer 14 has a convex structure. This SI-InP clad layer 15
This is a semi-insulated layer obtained by doping InP with Fe (iron) or the like to increase the resistance.

【0017】交差部のスイッチング部3では、図3に示
すように、凸状のSI−InPクラッド層15の一部に
+−InP電流閉じ込め層13が細長く埋め込まれて
おり、その上面にn型電極18が、下面にp型電極19
が形成されている。なお、このp−InP基板1の上面
には、n+−InP電流閉じ込め層13の上に位置する
+−InGaAsPキャップ層14の上面の部分を除
いて、その全面を覆うように二酸化硅素の絶縁層17が
形成されている。
In the switching portion 3 at the intersection, as shown in FIG. 3, an n + -InP current confinement layer 13 is elongatedly embedded in a part of the convex SI-InP cladding layer 15, and n is formed on the upper surface thereof. The mold electrode 18 has a p-type electrode 19 on the lower surface.
Are formed. The upper surface of the p-InP substrate 1 was covered with silicon dioxide so as to cover the entire surface of the n + -InGaAsP cap layer 14 located on the n + -InP current confinement layer 13 except the upper surface. The insulating layer 17 is formed.

【0018】電極18、19間に電圧を印加することに
より電流を注入すると、p−InPバッファ層11とn
+−InP電流閉じ込め層13との間のpnダブルヘテ
ロ接合を通して、このn+−InP電流閉じ込め層13
に電流が流れる。SI−InPクラッド層15では電流
が阻止され、このクラッド層15は電流ブロック層とし
て機能することになるので、u−InGaAsP光導波
路層12内の反射部のキャリア密度が大きくなる。この
ようなキャリア注入により、バンドフィリング効果によ
る屈折率変化が起こり、入射光の全反射を生じさせるこ
とができ、図1に示すように、光導波路部2の一端Pi
から光を入射する場合、上記のような電流注入を行なわ
ないときは光は直進して一端Paより出射するが、上記
のように電流注入するとスイッチ部3で全反射されて他
端Pbより出射するようになる。
When a current is injected by applying a voltage between the electrodes 18 and 19, the p-InP buffer layer 11 and n
Through the pn double heterojunction between the + + -InP current confinement layer 13 and the n + -InP current confinement layer 13,
Current flows through. A current is blocked in the SI-InP clad layer 15, and the clad layer 15 functions as a current blocking layer, so that the carrier density of the reflection portion in the u-InGaAsP optical waveguide layer 12 increases. Such carrier injection causes a change in the refractive index due to the band-filling effect and can cause total reflection of incident light. As shown in FIG. 1, one end Pi of the optical waveguide portion 2 is formed.
When the light is incident from the above, when the current is not injected as described above, the light goes straight and is emitted from one end Pa, but when the current is injected as described above, the light is totally reflected by the switch unit 3 and emitted from the other end Pb. Come to do.

【0019】この場合、SI−InP電流ブロック層1
5とそこに埋め込まれるn+−InP電流閉じ込め層1
3は、一方を先に結晶成長させた後、フォトリソグラフ
技術と選択化学エッチング技術により不要な部分を除去
して必要な部分のみを残した後、再度の結晶成長によっ
て他方を形成すれば、n+−InP電流閉じ込め層13
の幅を従来の1/2以下の1μm程度とすることができ
る。このように電流閉じ込め層13の面積を従来の1/
2以下と小さくすることができるので、光スイッチとし
ての駆動電流は従来と比較して大幅に低減できる。ま
た、スイッチングのための屈折率変化はスイッチング電
流により上昇するキャリア密度の関数であるので、電流
閉じ込め層13の面積が狭ければ狭いほど効率のよいス
イッチング動作が実現でき、集積化を考えた場合非常に
有利である。
In this case, the SI-InP current blocking layer 1
5 and the n + -InP current confinement layer 1 embedded therein
In No. 3, if crystal growth is performed on one side first, then unnecessary portions are removed by photolithography and selective chemical etching technology to leave only necessary portions, and then the other is formed by crystal growth again, n + −InP current confinement layer 13
Can be set to about 1 μm, which is 1/2 or less of the conventional width. Thus, the area of the current confinement layer 13 is reduced to 1 /
Since it can be reduced to 2 or less, the drive current as an optical switch can be significantly reduced as compared with the conventional one. Further, since the change in the refractive index for switching is a function of the carrier density that rises due to the switching current, the narrower the area of the current confinement layer 13, the more efficient the switching operation can be realized, and when considering integration. Very advantageous.

【0020】さらに、この電流閉じ込め層13は導電型
がn型なので、p型の電流閉じ込め層の場合に比較して
スイッチング電流を流したときの素子の抵抗を1桁改善
することができる。たとえば、n+−InP電流閉じ込
め層13の面積を1μm×200μm(幅×長さ)と
し、このn+−InPのキャリア濃度を4×1018とし
た場合、この部分での抵抗はわずか0.1Ωとなる。ち
なみに従来のようにp型の電流閉じ込め層を用いた場合
はp−InPのキャリア濃度を4×1018とするなど同
様の条件の下で1.4Ωとなり、この実施例の方が1桁
以上小さくなっていることがわかる。その結果、駆動電
力及び高速スイッチの点で有利である。
Further, since the conductivity type of the current confinement layer 13 is n type, the resistance of the element when a switching current is passed can be improved by one digit as compared with the case of the p type current confinement layer. For example, when the area of the n + -InP current confinement layer 13 is set to 1 μm × 200 μm (width × length) and the carrier concentration of this n + -InP is set to 4 × 10 18 , the resistance at this portion is only 0. It becomes 1Ω. By the way, when a p-type current confinement layer is used as in the prior art, it becomes 1.4Ω under the same conditions such as setting the carrier concentration of p-InP to 4 × 10 18 , and this embodiment has one digit or more. You can see that it is getting smaller. As a result, it is advantageous in terms of driving power and high-speed switching.

【0021】また、SI−InP電流ブロック層15は
非常に高い電気抵抗を有しているので、このSI−In
P電流ブロック層15とn+−InP電流閉じ込め層1
3との間に形成される接合容量は非常に小さく、そのた
めスイッチングを高速化したときに障害となるほどの寄
生容量とならない。つまり、寄生容量を小さくでき、高
速スイッチングに適した基板型光スイッチを実現でき
る。
Since the SI-InP current blocking layer 15 has a very high electric resistance, the SI-InP current blocking layer 15 has a very high electric resistance.
P current blocking layer 15 and n + -InP current confinement layer 1
The junction capacitance formed with the capacitor 3 and 3 is very small, and therefore does not become a parasitic capacitance which becomes an obstacle when the switching speed is increased. That is, the parasitic capacitance can be reduced, and a substrate type optical switch suitable for high speed switching can be realized.

【0022】つぎに、このような構造の基板型光スイッ
チの製造方法の一実施例について述べる。まず図4に示
すように、OMVPE法を用いてp−InP基板1上
に、p−InPバッファ層11、u−InGaAsP光
導波路層12、n+−InP電流閉じ込め層13、n+
InGaAsPキャップ層14を、順次多層結晶成長さ
せた。
Next, an embodiment of a method of manufacturing a substrate type optical switch having such a structure will be described. First, as shown in FIG. 4, on the p-InP substrate 1 by using the OMVPE method, p-InP buffer layer 11, u-InGaAsP optical waveguide layer 12, n + -InP current confinement layer 13, n + -
The InGaAsP cap layer 14 was sequentially subjected to multilayer crystal growth.

【0023】その後、スイッチング部3では、フォトリ
ソグラフ技術と、塩化水素系のエッチング液による選択
化学エッチング技術とを用いて、n+−InGaAsP
キャップ層14をマスクとして、n+−InP電流閉じ
込め層13を選択的に除去し、図5に示すように幅1μ
m、長さ200μmの細長いn+−InP電流閉じ込め
層13のみを残した。
Thereafter, in the switching section 3, n + -InGaAsP is used by using a photolithographic technique and a selective chemical etching technique using a hydrogen chloride based etching solution.
Using the cap layer 14 as a mask, the n + -InP current confinement layer 13 is selectively removed, and as shown in FIG.
Only the elongated n + -InP current confinement layer 13 having a length of m and a length of 200 μm was left.

【0024】つぎに、図6に示すようにこの残ったn+
−InP電流閉じ込め層13及びn+−InGaAsP
キャップ層14を二酸化硅素のマスク層16で覆った上
で、LPE法を用いて、SI−InP電流ブロック層1
5及びn+−InGaAsPキャップ層14を、n+−I
nP電流閉じ込め層13の両脇に隣接して結晶成長させ
た。
Next, as shown in FIG. 6, the remaining n +
-InP current confinement layer 13 and n + -InGaAsP
The cap layer 14 is covered with the silicon dioxide mask layer 16, and then the SI-InP current blocking layer 1 is formed by using the LPE method.
5 and n + -InGaAsP cap layer 14 with n + -I
Crystals were grown adjacent to both sides of the nP current confinement layer 13.

【0025】光導波路部2では、上記のエッチング工程
において図5のようにはn+−InP電流閉じ込め層1
3、n+−InGaAsPキャップ層14は残ってい
ず、これらはすべて除去される。そして上記の再度の結
晶成長工程でSI−InP電流ブロック層(クラッド
層)15とn+−InGaAsPキャップ層14が全面
に形成されることになる。
In the optical waveguide section 2, the n + -InP current confinement layer 1 as shown in FIG.
3, n + -InGaAsP cap layer 14 is not left, and all of them are removed. Then, the SI-InP current blocking layer (cladding layer) 15 and the n + -InGaAsP cap layer 14 are formed on the entire surface by the above-described crystal growth step.

【0026】つぎに光導波路部2をX字状に形成するた
め、そのX字の形状にフォトレジストをパターニングし
た後、塩素系のガスを用いた反応性イオンビームエッチ
ングを行なった。こうして図2に示すようなリッジ型の
光導波路部2を形成するとともに、図3で示すような内
部全反射型のスイッチング部3を得た。基板1の上下の
面にそれぞれn型電極18、p型電極19を形成した
後、2×2の光スイッチのサイズ(2mm×0.5m
m)に切り出して図1のような基板型光スイッチを得
た。
Next, in order to form the optical waveguide portion 2 into an X shape, after patterning the photoresist into the X shape, reactive ion beam etching using chlorine gas was performed. In this way, the ridge type optical waveguide portion 2 as shown in FIG. 2 was formed, and the internal total reflection type switching portion 3 as shown in FIG. 3 was obtained. After forming the n-type electrode 18 and the p-type electrode 19 on the upper and lower surfaces of the substrate 1, respectively, the size of the 2 × 2 optical switch (2 mm × 0.5 m
m) to obtain a substrate type optical switch as shown in FIG.

【0027】上記の実施例では最初にn+−InP電流
閉じ込め層13を結晶成長させた後、選択的にエッチン
グし、その後SI−InP電流ブロック層15を再結晶
成長させているが、逆にSI−InP電流ブロック層1
5を先に結晶成長させ、これを選択的に除去し、その後
+−InP電流閉じ込め層13を再結晶成長させるよ
うににしてもよい。その場合、まず図7のように、OM
VPE法を用いてp−InP基板1上に、p−InPバ
ッファ層11、u−InGaAsP光導波路層12、S
I−InP電流ブロック層(クラッド層)15、n+
InGaAsPキャップ層14を、順次多層結晶成長さ
せる。
In the above embodiment, the n + -InP current confinement layer 13 is first crystal-grown and then selectively etched, and then the SI-InP current block layer 15 is recrystallized. SI-InP current blocking layer 1
It is also possible to first grow the crystal of No. 5 and selectively remove it, and then recrystallize the n + -InP current confinement layer 13. In that case, first, as shown in FIG.
Using the VPE method, the p-InP buffer layer 11, the u-InGaAsP optical waveguide layer 12, and the S-layer are formed on the p-InP substrate 1.
I-InP current blocking layer (cladding layer) 15, n + -
The InGaAsP cap layer 14 is sequentially subjected to multi-layer crystal growth.

【0028】つぎに、スイッチング部3では、フォトリ
ソグラフ技術と、塩化水素系のエッチング液による選択
化学エッチング技術とを用いて、n+−InGaAsP
キャップ層14をマスクとして、SI−InP電流ブロ
ック層15を選択的に除去し、図8に示すように幅1μ
m、長さ200μmの細長い溝20を形成した。
Next, in the switching unit 3, n + -InGaAsP is used by using the photolithographic technique and the selective chemical etching technique using a hydrogen chloride type etching solution.
Using the cap layer 14 as a mask, the SI-InP current blocking layer 15 is selectively removed, and as shown in FIG.
An elongated groove 20 having a length of m and a length of 200 μm was formed.

【0029】その後、図9に示すように二酸化硅素層2
1をマスクとして、LPE法を用いて、n+−InP電
流閉じ込め層13及びn+−InGaAsPキャップ層
14を、この溝20内にのみ結晶成長させた。
Thereafter, as shown in FIG. 9, the silicon dioxide layer 2
Using 1 as a mask, the n + -InP current confinement layer 13 and the n + -InGaAsP cap layer 14 were crystal-grown only in the groove 20 by using the LPE method.

【0030】光導波路部2では、上記のエッチング工程
において図8のようには溝20を形成せず、SI−In
P電流ブロック層15は全然除去されることなく、この
SI−InP電流ブロック層15はすべて残される。
In the optical waveguide portion 2, the groove 20 is not formed in the above etching step as shown in FIG.
The P-current blocking layer 15 is not removed at all, and the SI-InP current blocking layer 15 is entirely left.

【0031】つぎに光導波路部2をX字状に形成するた
め、そのX字の形状にフォトレジストをパターニングし
た後、塩素系のガスを用いた反応性イオンビームエッチ
ングを行ない、図2に示すようなリッジ型の光導波路部
2を形成するとともに、図3で示すような内部全反射型
のスイッチング部3を得た。基板1の上下の面にそれぞ
れn型電極18、p型電極19を形成した後、2×2の
光スイッチのサイズ(2mm×0.5mm)に切り出し
て図1のような形状とした。
Next, in order to form the optical waveguide portion 2 into an X shape, after patterning the photoresist into the X shape, reactive ion beam etching using a chlorine-based gas is carried out, as shown in FIG. While forming such a ridge type optical waveguide section 2, an internal total reflection type switching section 3 as shown in FIG. 3 was obtained. After forming the n-type electrode 18 and the p-type electrode 19 on the upper and lower surfaces of the substrate 1, respectively, they were cut out into a size of 2 × 2 optical switch (2 mm × 0.5 mm) to obtain a shape as shown in FIG.

【0032】このような製造方法で作った基板型光スイ
ッチはいずれも良好な特性を示した。すなわち、これら
の基板型光スイッチの特性の測定を行なったところ、電
流40mAでスイッチング動作が得られ、消光比は15
dB、挿入損失は10dBであった。スイッチング電流
については従来80mAであったものが40mAとなっ
ており、大きく低減していることがわかる。その他の特
性、つまり消光比と挿入損失とについては従来に比べて
電流閉じ込め構造を変化させたことによる顕著な劣化は
見られなかった。また、これらの基板型光スイッチのシ
リーズ電気抵抗は5Ωであり、従来は4.5Ωであるか
ら、電流閉じ込め層13のの面積を小さくしたことによ
る素子抵抗の増大はほとんど見られないことになる。
The substrate type optical switches manufactured by the above manufacturing method all showed good characteristics. That is, when the characteristics of these substrate type optical switches were measured, a switching operation was obtained at a current of 40 mA and an extinction ratio of 15
The insertion loss was 10 dB. The switching current was 40 mA, which was 80 mA in the past, and it can be seen that the switching current is greatly reduced. Regarding other characteristics, that is, the extinction ratio and the insertion loss, no remarkable deterioration due to the change of the current confinement structure was observed as compared with the conventional one. Further, since the series electric resistance of these substrate type optical switches is 5Ω and is 4.5Ω in the related art, the increase of the element resistance due to the reduction of the area of the current confinement layer 13 is hardly seen. ..

【0033】なお、2回目の結晶成長に液相成長を用い
れば、二酸化硅素のマスクを用いなくてもほぼ同様の構
造の光スイッチを形成することが可能である。
If liquid phase growth is used for the second crystal growth, it is possible to form an optical switch having substantially the same structure without using a silicon dioxide mask.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上実施例について説明したように、こ
の発明の基板型光スイッチ及びその製造方法によれば、
電流閉じ込め領域の抵抗を増大させることなく電流閉じ
込め領域の体積を小さくして光反射部分のキャリア密度
を大きくすることが可能であるため、消費電力(駆動電
流)の小さな光スイッチを容易に製造することができ
る。また、寄生容量を小さくすることができるので、寄
生容量が高速スイッチングの妨げとなることを防止でき
る。このため、光スイッチの集積化及び高速化にきわめ
て有利である。
As described in the above embodiments, according to the substrate type optical switch and the manufacturing method thereof of the present invention,
Since it is possible to reduce the volume of the current confinement region and increase the carrier density of the light reflection part without increasing the resistance of the current confinement region, an optical switch with low power consumption (driving current) can be easily manufactured. be able to. Moreover, since the parasitic capacitance can be reduced, it is possible to prevent the parasitic capacitance from interfering with high-speed switching. Therefore, it is extremely advantageous for the integration and speedup of the optical switch.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の第1の実施例にかかる基板型光スイ
ッチの外観を示す模式的な斜視図。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an appearance of a substrate type optical switch according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1のA−A線断面図。FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG.

【図3】図1のB−B線断面図。FIG. 3 is a sectional view taken along line BB of FIG.

【図4】同実施例にかかる製造方法の一工程を示す断面
図。
FIG. 4 is a sectional view showing a step of the manufacturing method according to the embodiment.

【図5】同製造方法におけるつぎの製造工程を示す断面
図。
FIG. 5 is a sectional view showing a next manufacturing step in the manufacturing method.

【図6】同製造方法におけるさらにその後の製造工程を
示す断面図。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a further manufacturing process in the manufacturing method.

【図7】同実施例にかかる他の製造方法の一工程を示す
断面図。
FIG. 7 is a sectional view showing a step of another manufacturing method according to the embodiment.

【図8】同実施例にかかる他の製造方法におけるつぎの
工程を示す断面図。
FIG. 8 is a sectional view showing a next step in another manufacturing method according to the embodiment.

【図9】同実施例にかかる他の製造方法におけるさらに
その後の工程を示す断面図。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a further subsequent step in another manufacturing method according to the embodiment.

【図10】従来例にかかる基板型光スイッチの外観を示
す模式的な斜視図。
FIG. 10 is a schematic perspective view showing an appearance of a substrate type optical switch according to a conventional example.

【図11】図10のA−A線断面図。11 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.

【図12】図10のB−B線断面図。12 is a sectional view taken along line BB of FIG.

【図13】同従来例にかかる製造方法の一工程を示す断
面図。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a step in the manufacturing method of the conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 p−InP基板 2、5 光導波路部 3、6 スイッチング部 4 n−InP基板 11 p−InPバッファ層 12、42 u−InGaAsP光導波路層 13 n+−InP電流閉じ込め層 14 n+−InGaAsPキャップ層 15 SI−InP電流ブロック層(クラ
ッド層) 16 二酸化硅素マスク層 17、45 二酸化硅素絶縁層 18、19 電極 20 溝 41 n−InPバッファ層 43 n−InPクラッド層 44 p−InP電流閉じ込め層 46、47 電極
1 p-InP substrate 2, 5 Optical waveguide part 3, 6 Switching part 4 n-InP substrate 11 p-InP buffer layer 12, 42 u-InGaAsP optical waveguide layer 13 n + -InP current confinement layer 14 n + -InGaAsP cap Layer 15 SI-InP current blocking layer (cladding layer) 16 Silicon dioxide mask layer 17, 45 Silicon dioxide insulating layer 18, 19 Electrode 20 Groove 41 n-InP buffer layer 43 n-InP cladding layer 44 p-InP current confinement layer 46 , 47 electrodes

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 p−InP基板と、該基板上に形成され
たu−InGaAsP光導波路層と、該光導波路層上に
並列的に形成されたn−InP電流閉じ込め層及びSI
−InP電流ブロック層とを有することを特徴とする基
板型光スイッチ。
1. A p-InP substrate, a u-InGaAsP optical waveguide layer formed on the substrate, an n-InP current confinement layer and an SI formed in parallel on the optical waveguide layer.
A substrate type optical switch having an InP current blocking layer.
【請求項2】 p−InP基板上にu−InGaAsP
光導波路層を結晶成長させる工程と、つぎに該光導波路
層の上にn−InP電流閉じ込め層を結晶成長させる工
程と、その後該n−InP電流閉じ込め層をエッチング
して該電流閉じ込め層の幅を狭くする工程と、つぎに該
電流閉じ込め層の脇に隣接するように上記光導波路層上
にSI−InP電流ブロック層を結晶成長させる工程と
を有することを特徴とする基板型光スイッチの製造方
法。
2. u-InGaAsP on a p-InP substrate
The step of crystal-growing the optical waveguide layer, the step of crystal-growing the n-InP current confinement layer on the optical waveguide layer, and the etching of the n-InP current confinement layer after that, and the width of the current confinement layer. And a step of crystallizing an SI-InP current blocking layer on the optical waveguide layer so as to be adjacent to the side of the current confinement layer. Method.
【請求項3】 p−InP基板上にu−InGaAsP
光導波路層を結晶成長させる工程と、つぎに該光導波路
層の上にSI−InP電流ブロック層を結晶成長させる
工程と、その後該SI−InP電流ブロック層をエッチ
ングして上記光導波路層に到達する細長い溝を形成する
工程と、つぎに該電流ブロック層の細長い溝中において
上記光導波路層上にn−InP電流閉じ込め層を結晶成
長させる工程とを有することを特徴とする基板型光スイ
ッチの製造方法。
3. u-InGaAsP on a p-InP substrate
A step of crystal growing an optical waveguide layer, a step of crystal growing an SI-InP current block layer on the optical waveguide layer, and then etching the SI-InP current block layer to reach the optical waveguide layer. And a step of crystallizing an n-InP current confinement layer on the optical waveguide layer in the elongated groove of the current block layer. Production method.
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