JPH07170020A - Semiconductor optical waveguide and its manufacture - Google Patents

Semiconductor optical waveguide and its manufacture

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JPH07170020A
JPH07170020A JP31519893A JP31519893A JPH07170020A JP H07170020 A JPH07170020 A JP H07170020A JP 31519893 A JP31519893 A JP 31519893A JP 31519893 A JP31519893 A JP 31519893A JP H07170020 A JPH07170020 A JP H07170020A
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JP
Japan
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layer
optical waveguide
insulating layer
substrate
cladding
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP31519893A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Wada
浩 和田
Tatsuo Kunii
達夫 国井
Takeshi Kamijo
健 上條
Hiroshi Ogawa
洋 小川
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.)
Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To further eliminate or reduce imperfection caused by recombination of electrons and holes, in an optical waveguide using double hetero junction. CONSTITUTION:A semiconductor optical waveguide is provided with the following; an InGaAsP optical waveguide layer 11, an N-type InP first clad layer 15 and a P-type InP second clad layer 17 which sandwich the optical waveguide layer 11, an electrode 21 formed on the opposite side of the clad layer 15 to the optical waveguide layer 11, and an electrode 23 formed on the opposite side of the clad layer 17 to the optical waveguide layer 11. An insulating layer 25 is formed between the optical waveguide layer 11 and the first clad layer or the second clad layer. A protective layer 27 which prevents the quality deterioration of the optical waveguide layer 11 due to the insulating layer 25 is formed between the insulating layer 25 and the optical waveguide layer 11.

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、屈折率を可変するこ
とができる光導波路及びその製造方法に関するもので、
例えば光通信や光情報処理用の光デバイスの一部として
用いて好適な光導波路及びその製造方法に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical waveguide having a variable refractive index and a manufacturing method thereof.
For example, the present invention relates to an optical waveguide suitable for use as a part of an optical device for optical communication or optical information processing, and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、屈折率変化可能な光導波路として
例えばこの出願の出願人に係る文献I(アイ イー イ
ー イー フォトニクス テクノロジ レターズ(IE
EEPhotonics Technology Le
tters),Vol.4,p.1096(199
2))に開示のものがあった。ただし、この文献Iで
は、屈折率変化可能な光導波路を半導体レーザとして機
能するMQW(多重量子井戸)活性層と共に集積化した
光デバイスの例が示されている。図4(A)は文献Iよ
り引用した光デバイスを概略的に示した側面図である。
2. Description of the Related Art Conventionally, as an optical waveguide whose refractive index can be changed, for example, reference I (IE Photonics Technology Letters (IE) filed by the applicant of this application is used.
EEP Photonics Technology Le
terts), Vol. 4, p. 1096 (199
2)) was disclosed. However, this document I shows an example of an optical device in which an optical waveguide whose refractive index can be changed is integrated with an MQW (multiple quantum well) active layer functioning as a semiconductor laser. FIG. 4A is a side view schematically showing the optical device cited from Document I.

【0003】この光デバイスは、基本的には図4(A)
に示したように、回折格子11aを有した光導波層11
とこれに連なるMQW活性層13とを、第1クラッド層
15及び第2クラッド層17により挟んだ構造のもの
で、かつ、光導波層11及びMQW活性層13に対し外
部より電流注入できるものであった。図4(A)中19
で示した領域が光導波路を構成している部分である。
This optical device is basically shown in FIG.
As shown in, the optical waveguide layer 11 having the diffraction grating 11a
A structure in which the first cladding layer 15 and the second cladding layer 17 are sandwiched between the first cladding layer 15 and the second cladding layer 17, and a current can be externally injected into the optical waveguide layer 11 and the MQW active layer 13. there were. 19 in FIG. 4 (A)
The area indicated by is the portion forming the optical waveguide.

【0004】この光デバイスにおいて光導波路層11に
電流が注入されると該光導波路11の屈折率が変化し
(詳細は後述する。)、それによって回折格子11aの
実効的なピッチが変わるので、発振波長を変化させるこ
とが出来る。
In this optical device, when a current is injected into the optical waveguide layer 11, the refractive index of the optical waveguide 11 changes (details will be described later), which changes the effective pitch of the diffraction grating 11a. The oscillation wavelength can be changed.

【0005】また、詳細な説明は省略するが、屈折率を
可変出来るこのような光導波路19は、半導体レーザと
組み合わせて用いるにとどまらず、光スイッチや位相変
調器などへも応用されている。
Although not described in detail, such an optical waveguide 19 whose refractive index can be varied is not limited to being used in combination with a semiconductor laser, but is also applied to an optical switch, a phase modulator or the like.

【0006】このように利用価値の高い屈折率可変型の
光導波路の、従来における基本的な構造及びこの光導波
路において屈折率が可変される原理について、次に説明
する。図4(B)はその説明に供する断面図である。
The conventional basic structure of the variable refractive index type optical waveguide having such a high utility value and the principle of varying the refractive index in this optical waveguide will be described below. FIG. 4B is a sectional view used for the explanation.

【0007】従来の屈折率可変型の光導波路は、第1導
電型の第1クラッド層15と第2導電型の第2クラッド
層17との間に、それらよりも屈折率が大きな材質で構
成された光導波層11が挟み込まれたいわゆるダブルヘ
テロ構造、並びに、該ダブルヘテロ構造に電流を注入す
るための第1電極21及び第2電極23を具えたもので
あった。第1及び第2電極21、23の間に順方向電圧
が印加されると、光導波層11に自由キャリアである電
子と正孔が注入されそれらによるプラズマ効果(例えば
文献II:「光通信素子光学」(工学図書(株))、米津
宏雄 著、(昭和61),p.216)で該光導波層
の屈折率が変化するのである。
The conventional variable-refractive-index type optical waveguide is formed between the first conductivity type first cladding layer 15 and the second conductivity type second cladding layer 17 with a material having a refractive index larger than those of them. The optical waveguide layer 11 is sandwiched between the so-called double hetero structure, and the first electrode 21 and the second electrode 23 for injecting current into the double hetero structure. When a forward voltage is applied between the first and second electrodes 21 and 23, electrons and holes, which are free carriers, are injected into the optical waveguide layer 11 and the plasma effect due to them (for example, Reference II: “Optical Communication Device”). The refractive index of the optical waveguide layer is changed by "Optics" (Kogakusho Co., Ltd.), Hiroo Yonezu, (Showa 61), p.216.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の光導波路では、該光導波路の屈折率を可変するに
際して光導波層に電子及び正孔双方が注入されてしまう
構成であるため、以下に説明するような問題点が生じ
る。
However, in the above-mentioned conventional optical waveguide, both electrons and holes are injected into the optical waveguide layer when the refractive index of the optical waveguide is changed. There are problems as explained.

【0009】(a)光導波層に注入された電子及び正孔
が再結合することにより光導波層内のキャリア密度が変
動するため光導波層の屈折率にゆらぎが生じ、この結
果、雑音が生じてしまうという問題点。
(A) Since the electrons and holes injected into the optical waveguide layer are recombined, the carrier density in the optical waveguide layer fluctuates, which causes fluctuations in the refractive index of the optical waveguide layer, resulting in noise. The problem that it will occur.

【0010】(b)光導波層内に溜っているキャリア密
度が増える程キャリアの再結合の割合が増える。このた
め、光導波層への注入電流を増やしていっても光導波層
内のキャリア密度は飽和するから、屈折率変化も飽和し
てしまう(屈折率の可変範囲を拡大するにもおのずと限
界がある。)。
(B) The rate of carrier recombination increases as the density of carriers accumulated in the optical waveguide layer increases. Therefore, even if the injection current to the optical waveguide layer is increased, the carrier density in the optical waveguide layer is saturated, and the change in the refractive index is also saturated. (There is naturally a limit to expanding the variable range of the refractive index. is there.).

【0011】(c) 従来の光導波路ではキャリアの再
結合が起こる結果デバイス自体に電流が流れるためデバ
イスにおいて熱が発生する。このような熱は光導波路の
特性を劣化させる原因となるし、また、特に本光導波路
と他のデバイスとを集積化した場合他のデバイスの温度
も上昇させて該デバイスの特性劣化の原因になるという
問題点。
(C) In the conventional optical waveguide, as a result of carrier recombination, a current flows through the device itself, so that heat is generated in the device. Such heat causes deterioration of the characteristics of the optical waveguide, and particularly when the optical waveguide and other devices are integrated, the temperature of the other devices also rises and causes the deterioration of the characteristics of the devices. The problem that will be.

【0012】この出願はこのような点に鑑みなされたも
のであり、従ってこの出願の第一発明の目的は、上述の
問題点を解決若しくは従来より軽減できる屈折率可変型
の光導波路を提供することにある。また、この出願の第
二発明の目的は第一発明の光導波路を簡易に製造出来る
方法を提供することにある。
The present application has been made in view of the above points, and therefore, the object of the first invention of the present application is to provide a variable refractive index type optical waveguide capable of solving the above-mentioned problems or reducing the problems. Especially. Another object of the second invention of this application is to provide a method for easily manufacturing the optical waveguide of the first invention.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】この第一発明の目的の達
成を図るため、この第一発明によれば、半導体材料で構
成された光導波層並びに該光導波層を挟む第1導電型の
第1クラッド層及び第2導電型の第2クラッド層と、各
クラッド層それぞれの、前記光導波層とは反対側にそれ
ぞれ設けられた電極とを具える半導体光導波路におい
て、光導波層と第1クラッド層または第2クラッド層と
の間に絶縁層を具えたことを特徴とする。
In order to achieve the object of the first invention, according to the first invention, an optical waveguide layer made of a semiconductor material and a first conductivity type sandwiching the optical waveguide layer are provided. A semiconductor optical waveguide comprising a first clad layer and a second clad layer of a second conductivity type, and an electrode provided on each side of the respective clad layers opposite to the optical waveguide layer. An insulating layer is provided between the first clad layer and the second clad layer.

【0014】この第一発明の実施に当たり、前記絶縁層
及び光導波層間に前記絶縁層に起因して前記光導波層の
品質が低下することを防止するための保護層を具える構
成とするのが好適である。
In carrying out the first aspect of the present invention, a protective layer is provided between the insulating layer and the optical waveguide layer to prevent deterioration of the quality of the optical waveguide layer due to the insulating layer. Is preferred.

【0015】また、この出願の第二発明の目的の達成を
図るため、第二発明によれば、第一発明の光導波路を製
造するに当たり、第1の基板及び第2の基板のいずれか
一方上に少なくとも前記第1クラッド層及び第2クラッ
ド層のうちの一方と光導波層とを形成する工程と、前記
第1の基板及び第2の基板の他方上に少なくとも前記第
1クラッド層及び第2クラッド層のうちの他方を形成す
る工程と、クラッド層等の形成の済んだ第1の基板及び
第2の基板のうちのいずれか一方の上に絶縁層を形成す
る工程と、該絶縁層の形成の済んだ基板と他方の基板と
を、該絶縁層と光導波層またはクラッド層とが接するよ
うに配置しこれら絶縁層及び光導波層またはクラッド層
を直接接着する工程とを含むことを特徴とする。
In order to achieve the object of the second invention of this application, according to the second invention, when manufacturing the optical waveguide of the first invention, either one of the first substrate and the second substrate is used. Forming at least one of the first cladding layer and the second cladding layer and an optical waveguide layer thereon, and forming at least the first cladding layer and the second waveguide layer on the other of the first substrate and the second substrate. A step of forming the other of the two clad layers, a step of forming an insulating layer on one of the first substrate and the second substrate on which the clad layer or the like has been formed, and the insulating layer The step of arranging the substrate having already been formed and the other substrate so that the insulating layer and the optical waveguide layer or the clad layer are in contact with each other, and directly adhering the insulating layer and the optical waveguide layer or the clad layer. Characterize.

【0016】この第二発明の実施に当たり、前記光導波
層上に前記絶縁層に起因して該光導波層の品質が低下す
ることを防止するための保護層を形成する工程をさらに
含むのが好適である。ただし、この場合は絶縁層及びク
ラッド層または保護層を直接接着する。
In implementing the second invention, the method further comprises the step of forming a protective layer on the optical waveguide layer for preventing the quality of the optical waveguide layer from being deteriorated due to the insulating layer. It is suitable. However, in this case, the insulating layer and the clad layer or the protective layer are directly bonded.

【0017】さらにこの第二発明の実施に当たり、前記
第1の基板及び第2の基板のうちの光導波層を形成しな
かった基板については、該基板上に該基板をエッチング
し得るエッチング手段に対し耐性を示し、かつ、前記ク
ラッド層に対し選択的にエッチングされる材料で構成さ
れたエッチングストップ層を先ず形成し、該エッチング
ストップ層上に該当するクラッド層を形成し、前記直接
接着を終えた後に当該基板及びエッチングストップ層を
それぞれ除去するのが好適である。
Further, in carrying out the second invention, the substrate of the first substrate and the second substrate on which the optical waveguide layer is not formed is an etching means capable of etching the substrate. First, an etching stop layer that is resistant to the clad layer and is made of a material that is selectively etched with respect to the clad layer is first formed, and the clad layer is formed on the etching stop layer, and the direct adhesion is finished. After that, it is preferable to remove the substrate and the etching stop layer, respectively.

【0018】さらにこの第二発明の実施に当たり、前記
直接接着は、直接接着の対象である各層の表面を親水性
とするための処理をし、該親水性処理した表面同士を接
触させた状態で加熱処理することにより行なうのが好適
である。
Further, in carrying out the second aspect of the present invention, the direct adhesion is carried out by treating the surfaces of the respective layers to be directly adhered to make them hydrophilic, and the hydrophilically treated surfaces are brought into contact with each other. It is preferable to carry out by heat treatment.

【0019】[0019]

【作用】この第一発明の構成によれば、電極間に電圧を
印加すると、電界効果により、絶縁層の第1クラッド層
側の面には第1導電型不純物に起因するキャリア(電子
又は正孔)が蓄積され、また、該絶縁層の第2クラッド
層側の面には第2導電型不純物に起因するキャリアが蓄
積される。またここで、光導波層は絶縁層に直接若しく
は好適例では保護層を介し接している。このため、光導
波層にはこれと絶縁層との位置関係に応じた電子又は正
孔のいずれか一方が電極間電圧の大きさに応じた量閉じ
込められることとなるので、該閉じ込められた一方のキ
ャリアによりプラズマ効果が生じて光導波層の屈折率が
変化する。ただし、保護層を具える構成の場合は保護層
の厚さがあまり厚いとキャリアは光導波層に及ばないこ
ととなるので、保護層の厚さは光導波層にキヤリアが及
ぶ程度に薄くされることが必要である。このように、こ
の第一発明の構造では、光導波層には実質的に一方のキ
ャリアのみしか蓄積されないので光導波層での電子及び
正孔の再結合は実質的に生じず、また、光導波層に電流
が流れることもない。したがって、従来の問題点を回避
又は軽減出来る。
According to the structure of the first aspect of the present invention, when a voltage is applied between the electrodes, carriers (electrons or positive electrons) due to the first conductivity type impurities are formed on the surface of the insulating layer on the first cladding layer side due to the electric field effect. Holes) are accumulated, and carriers due to the second conductivity type impurities are accumulated on the surface of the insulating layer on the second cladding layer side. Further, here, the optical waveguide layer is in contact with the insulating layer directly or through a protective layer in a preferred example. Therefore, in the optical waveguide layer, either electrons or holes depending on the positional relationship between the optical waveguide layer and the insulating layer are confined according to the magnitude of the inter-electrode voltage. A carrier effect causes a plasma effect, which changes the refractive index of the optical waveguide layer. However, in the case of a structure with a protective layer, if the protective layer is too thick, the carriers will not reach the optical waveguide layer, so the thickness of the protective layer should be thin enough to allow the carrier to reach the optical waveguide layer. It is necessary to Thus, in the structure of the first invention, substantially only one carrier is accumulated in the optical waveguide layer, so that recombination of electrons and holes in the optical waveguide layer does not substantially occur, and No current flows in the wave layer. Therefore, the conventional problems can be avoided or reduced.

【0020】また、この第一発明において保護層を設け
る構成では、絶縁層を光導波層に直接接するようにした
場合に生じ易いであろう光導波層での欠陥を生じにくく
出来る。
Further, in the constitution of providing the protective layer in the first aspect of the present invention, it is possible to prevent the occurrence of defects in the optical waveguide layer which would easily occur when the insulating layer is brought into direct contact with the optical waveguide layer.

【0021】ところで、絶縁層上に光導波層用の半導体
層を結晶品質良く形成することは一般に困難が伴う。第
一発明の光導波路を得る場合も、例えば第1クラッド
層、光導波層、絶縁層、第2クラッドという順で各層を
成膜していった場合絶縁層上に形成されることとなる第
2クラッド層の結晶品質を所望のものとすることは難し
い。しかし、第二発明では、第1の基板及び第2の基板
を用いることとしかつ絶縁層がこれら基板の最表面層と
なるように成膜順を工夫する。そして、絶縁層と半導体
層とを直接接着することにより第一発明の構造を得る。
このため、絶縁層上に結晶を成長することなく、第一発
明の構造が得られる。
By the way, it is generally difficult to form a semiconductor layer for an optical waveguide layer on an insulating layer with good crystal quality. Also in the case of obtaining the optical waveguide of the first invention, for example, when the respective layers are formed in the order of the first cladding layer, the optical waveguide layer, the insulating layer, and the second cladding, they are formed on the insulating layer. It is difficult to obtain the desired crystal quality of the 2-clad layer. However, in the second invention, the first substrate and the second substrate are used, and the film formation order is devised so that the insulating layer becomes the outermost surface layer of these substrates. Then, the structure of the first invention is obtained by directly adhering the insulating layer and the semiconductor layer.
Therefore, the structure of the first invention can be obtained without growing crystals on the insulating layer.

【0022】[0022]

【実施例】以下、図面を参照して、この出願の第一発明
及び第二発明の実施例についてそれぞれ説明する。な
お、説明に用いる各図はこれら発明を理解出来る程度に
各構成成分の形状、寸法及び配置関係を概略的に示して
あるにすぎない。また、各図において、同様な構成成分
については同一の符号を付して示しその重複説明を省略
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the first invention and the second invention of this application will be described below with reference to the drawings. It should be noted that each of the drawings used for the description only schematically shows the shape, size, and arrangement relationship of each component so that the invention can be understood. Moreover, in each figure, the same components are denoted by the same reference numerals, and the duplicate description thereof will be omitted.

【0023】1.第一発明(半導体光導波路)の実施例
の説明 図1は実施例の半導体光導波路の構造説明に供する断面
図である。この実施例の半導体光導波路10は、半導体
材料で構成された光導波層11並びに該光導波層11を
挟む第1導電型の第1クラッド層15及び第2導電型の
第2クラッド層17と、各クラッド層15、17それぞ
れの、前記光導波層11とは反対側にそれぞれ設けられ
た電極21、23とを具えると共に、光導波層11とこ
の場合第2クラッド層17との間に絶縁層25を具えた
ことを特徴とする。さらに、この実施例の光導波路10
は、絶縁層25及び光導波層11間に前記絶縁層25に
起因して前記光導波層11の品質が低下することを防止
するための保護層27を具えている。絶縁層25に起因
する光導波層11の品質低下とは、例えば、絶縁層25
と光導波路11とが直接接した場合の歪みによる結晶欠
陥の発生などが考えられる。勿論、絶縁層25と光導波
路11とが直接接しても絶縁層25に起因する光導波層
11の品質低下が生じないよう絶縁層25を形成できれ
ば、保護層27は設けなくとも良い。
1. Description of Embodiment of First Invention (Semiconductor Optical Waveguide) FIG. 1 is a sectional view for explaining the structure of a semiconductor optical waveguide of an embodiment. The semiconductor optical waveguide 10 of this embodiment includes an optical waveguide layer 11 made of a semiconductor material, a first conductivity type first cladding layer 15 and a second conductivity type second cladding layer 17 sandwiching the optical waveguide layer 11. , Each of the cladding layers 15 and 17 is provided with electrodes 21 and 23 respectively provided on the opposite side of the optical waveguide layer 11, and between the optical waveguide layer 11 and the second cladding layer 17 in this case. It is characterized by having an insulating layer 25. Furthermore, the optical waveguide 10 of this embodiment
The protective layer 27 is provided between the insulating layer 25 and the optical waveguide layer 11 to prevent the quality of the optical waveguide layer 11 from being deteriorated due to the insulating layer 25. The deterioration of the quality of the optical waveguide layer 11 caused by the insulating layer 25 means, for example, the insulating layer 25
It is conceivable that crystal defects may be generated due to strain when the and the optical waveguide 11 are in direct contact with each other. Of course, the protective layer 27 may not be provided as long as the insulating layer 25 can be formed so that the deterioration of the quality of the optical waveguide layer 11 caused by the insulating layer 25 does not occur even if the insulating layer 25 and the optical waveguide 11 are in direct contact with each other.

【0024】ここで、これに限られないが、光導波層1
1を例えばi−InGaAsP層で構成し、第1導電型
の第1クラッド層15を例えばn型InP基板で構成
し、第2導電型の第2クラッド層17を例えばp型In
P層で構成し、絶縁層25を例えばSiO2 膜で構成
し、保護層27をInP層で構成する。電極23、25
は公知の材料で構成する。また、i−InGaAsP光
導波層11の厚さは例えば0.1〜0.4μmとする。
InP保護層27の厚さは、InP保護層27と絶縁層
25との界面での歪みが光導波層11に及ばないように
出来る厚みであれば薄い程好ましい。InP保護層27
の厚さがあまり厚いと、絶縁層25の保護層27側面近
傍に蓄積されるキャリアは実質InP保護層内に蓄積さ
れてしまい光導波層11に蓄積されなくなるのでこれを
防ぐ必要があるからである。ここでは、InP保護層2
7の厚さは5〜10nm程度としている。また、絶縁層
25の厚さは、薄い程、絶縁層25両面に蓄積されるキ
ャリア濃度が大きくなるので好ましい。しかし、絶縁層
25の厚さが薄すぎると、耐圧の点や膜厚が均一な絶縁
層が得られにくいので、これらの点を考慮し絶縁層25
の厚さを決定するのが良い。ここでは、絶縁層25の厚
さは10nm程度としている。
Here, the optical waveguide layer 1 is not limited to this.
1 is composed of, for example, an i-InGaAsP layer, the first conductivity type first cladding layer 15 is composed of, for example, an n type InP substrate, and the second conductivity type second cladding layer 17 is composed of, for example, p type In.
The insulating layer 25 is composed of, for example, a SiO 2 film, and the protective layer 27 is composed of an InP layer. Electrodes 23, 25
Is composed of a known material. The thickness of the i-InGaAsP optical waveguide layer 11 is, eg, 0.1-0.4 μm.
The thickness of the InP protective layer 27 is preferably as thin as possible so that the strain at the interface between the InP protective layer 27 and the insulating layer 25 does not reach the optical waveguide layer 11. InP protective layer 27
If the thickness is too thick, the carriers accumulated in the vicinity of the side surface of the protective layer 27 of the insulating layer 25 are substantially accumulated in the InP protective layer and are not accumulated in the optical waveguide layer 11, so this must be prevented. is there. Here, the InP protective layer 2
The thickness of 7 is about 5 to 10 nm. In addition, the thinner the insulating layer 25, the higher the carrier concentration accumulated on both surfaces of the insulating layer 25, which is preferable. However, if the insulating layer 25 is too thin, it is difficult to obtain an insulating layer having a uniform breakdown voltage and a uniform film thickness.
It is good to determine the thickness of. Here, the thickness of the insulating layer 25 is about 10 nm.

【0025】この実施例の半導体光導波路10では、電
極21及び23間に電圧を印加すると、単位面積当た
り、 e・NS =εV/di ・・・(1) という関係式に従って電界効果により絶縁層25の両端
にそれぞれ自由キャリア(電子又は正孔)が蓄積され
る。なお、(1)式において、eは電荷素量、NSは表
面キャリア密度、εは絶縁層25の誘電率、di は絶縁
層25の厚さ、Vは絶縁層25にかかる電圧である。そ
して、絶縁層25両端に蓄積された自由キャリアのうち
の保護層27側にあるものは、該保護層27の厚さが薄
い(ここでは5〜10nm程度)ため光導波層11に閉
じ込められることになる。なぜなら、InGaAsP光
導波層のエネルギーバンドギャップがInP保護層27
のそれよりも小さいので、自由キャリアはInGaAs
P光導波層11内に閉じ込められた方がエネルギーが小
さくなるためである。したがって、電極21、23間に
電圧を印加すると、上述の電界効果及びキャリア閉じ込
め効果によりInGaAsP光導波層11内に自由キャ
リアが閉じ込められそれによるプラズマ効果によって光
導波層11の屈折率が変化するのである。さらに、この
場合、蓄積される電子と正孔との間に絶縁層25がある
ので電子及び正孔は空間的に同一の位置を占めることが
ないから、両者の再結合が起こらない。このため、キャ
リア再結合に起因するキャリア密度のゆらぎは生じない
ので、該ゆらぎに起因する雑音も生じない。また、キャ
リアの再結合がないのでそれに伴う屈折率変化量の飽和
も生じず、この発明では、絶縁層25が破壊する電圧に
当たるまで上記(1)式に従って光導波層11の屈折率
を変化させることが出来る。また、電流が光導波路10
を流れることがないので熱の発生も回避することが出来
る。
In the semiconductor optical waveguide 10 of this embodiment, when a voltage is applied between the electrodes 21 and 23, the electric field effect is generated per unit area according to the relational expression: eN S = εV / d i (1) Free carriers (electrons or holes) are accumulated at both ends of the insulating layer 25. In the equation (1), e is the elementary charge, N S is the surface carrier density, ε is the dielectric constant of the insulating layer 25, d i is the thickness of the insulating layer 25, and V is the voltage applied to the insulating layer 25. . Of the free carriers accumulated at both ends of the insulating layer 25, those on the protective layer 27 side are confined in the optical waveguide layer 11 because the protective layer 27 has a small thickness (here, about 5 to 10 nm). become. Because the energy band gap of the InGaAsP optical waveguide layer is the InP protective layer 27.
Since it is smaller than that of InGaAs, the free carriers are InGaAs
This is because the energy is smaller when the light is confined in the P optical waveguide layer 11. Therefore, when a voltage is applied between the electrodes 21 and 23, free carriers are confined in the InGaAsP optical waveguide layer 11 due to the electric field effect and the carrier confinement effect, and the refractive index of the optical waveguide layer 11 changes due to the plasma effect. is there. Further, in this case, since the insulating layer 25 exists between the accumulated electrons and holes, the electrons and holes do not occupy the same position spatially, so that recombination of both does not occur. Therefore, fluctuations in carrier density due to carrier recombination do not occur, and noise due to the fluctuations does not occur. Further, since there is no recombination of carriers, saturation of the change in the refractive index associated therewith does not occur, and in the present invention, the refractive index of the optical waveguide layer 11 is changed according to the above equation (1) until the voltage at which the insulating layer 25 is destroyed is reached. You can In addition, a current is applied to the optical waveguide 10.
Since it does not flow through, the generation of heat can be avoided.

【0026】なお、プラズマ効果はキャリアが正孔の場
合より電子の方が効率良く生じることが知られている。
従って、この第一発明の構造の場合、光導波層11に電
子が閉じ込められるように絶縁層25を配置する方が、
プラズマ効果が顕著に得られるので好適である。すなわ
ち、光導波層11とp型のクラッド層との間に絶縁層2
5を設けるのが好適である。
It is known that the plasma effect is produced more efficiently by electrons than when holes are carriers.
Therefore, in the case of the structure of the first invention, it is better to arrange the insulating layer 25 so that the electrons are confined in the optical waveguide layer 11.
It is preferable because a remarkable plasma effect can be obtained. That is, the insulating layer 2 is provided between the optical waveguide layer 11 and the p-type cladding layer.
It is preferable to provide 5.

【0027】2.第二発明(製造方法)の実施例の説明 次に、図2および図3と図1とを参照して第二発明の実
施例について説明する。ここで図2および図3は実施例
の製造方法における主な工程での試料の様子を図1同様
な位置での断面図で示した工程図である。なお、以下の
説明中で述べる使用材料、使用薬品および、処理におけ
る数値的条件はこの第二発明の範囲内の一例にすぎな
い。
2. Description of Embodiment of Second Invention (Manufacturing Method) Next, an embodiment of the second invention will be described with reference to FIGS. 2 and 3 and FIG. Here, FIG. 2 and FIG. 3 are process diagrams showing the state of the sample in the main steps of the manufacturing method of the embodiment in a sectional view at the same position as in FIG. The materials used, the chemicals used, and the numerical conditions in the processing described below are merely examples within the scope of the second invention.

【0028】この実施例では、第1の基板として第1導
電型のInP基板15(ここでは第1クラッド層15と
もなる。)を用意する。そして、このInP基板15上
に通常の結晶成長法により、InGaAsP光導波層1
1及びInP保護層27を順次に成長させる(図2
(A))。勿論基板15上に基板とは別に専用にInP
クラッドを成長させても良い。
In this embodiment, a first conductivity type InP substrate 15 (which also serves as the first cladding layer 15 in this case) is prepared as the first substrate. Then, the InGaAsP optical waveguide layer 1 is formed on the InP substrate 15 by a normal crystal growth method.
1 and InP protective layer 27 are sequentially grown (FIG. 2).
(A)). Of course, on the substrate 15 separately from the substrate, InP
The clad may be grown.

【0029】またこれとは別に、第2の基板としてIn
P基板(導電型は特にこだわらない。)31を用意す
る。そして、このInP基板31上に、第2の基板31
をエッチングし得るエッチング手段に対し耐性を示し、
かつ、前記第2のクラッド層17に対し選択的にエッチ
ングされる材料で構成されたエッチングストップ層33
としてこの場合InGaAs層またはInGaAsP層
を通常の結晶成長法により形成し、さらにこのエッチン
グストップ層33上に第2クラッド層としての第2導電
型のInP層17を通常の結晶成長法により形成する
(図2(B))。なお、第2の基板はクラッド層を良好
に成長させ得るものであればInP基板に限られない。
また、光導波層11を第1の基板15側に形成せずに、
第2の基板31の第2のクラッド層17上に形成するよ
うにする場合があっても良い。
Separately from this, In is used as the second substrate.
A P substrate (conductivity type is not particularly limited) 31 is prepared. Then, the second substrate 31 is formed on the InP substrate 31.
Shows resistance to etching means capable of etching
In addition, the etching stop layer 33 made of a material that is selectively etched with respect to the second cladding layer 17.
In this case, the InGaAs layer or the InGaAsP layer is formed by the normal crystal growth method, and the second conductivity type InP layer 17 as the second cladding layer is further formed on the etching stop layer 33 by the normal crystal growth method ( FIG. 2B). The second substrate is not limited to the InP substrate as long as the clad layer can be grown well.
In addition, without forming the optical waveguide layer 11 on the first substrate 15 side,
In some cases, it may be formed on the second cladding layer 17 of the second substrate 31.

【0030】次に、この実施例では第1の基板15側の
保護層27上に例えばCVD法や電子ビーム蒸着法によ
り絶縁層25として例えばSiO2 膜を形成する(図2
(C))。勿論、絶縁層25を第1の基板15側に形成
せずに、第2の基板31側の第2のクラッド層17上に
形成する場合があっても良い。
Next, in this embodiment, for example, a SiO 2 film is formed as the insulating layer 25 on the protective layer 27 on the first substrate 15 side by, for example, the CVD method or the electron beam evaporation method (FIG. 2).
(C)). Of course, the insulating layer 25 may not be formed on the first substrate 15 side, but may be formed on the second cladding layer 17 on the second substrate 31 side.

【0031】次に、図2(B)に示した試料にあっては
InPクラッド層17表面を、また、図2(C)に示し
た試料にあっては絶縁層25表面をそれぞれ硫酸を含ん
だ水溶液で処理することにより各表面を親水性にする。
勿論、親水性処理のための処理液は硫酸を含む水溶液に
限られず他の好適なものでも良い。
Next, the surface of the InP clad layer 17 in the sample shown in FIG. 2B and the surface of the insulating layer 25 in the sample shown in FIG. 2C each contain sulfuric acid. Each surface is rendered hydrophilic by treatment with a deionized water solution.
Of course, the treatment liquid for hydrophilic treatment is not limited to the aqueous solution containing sulfuric acid, and may be any other suitable one.

【0032】このように親水性処理を施した各試料を、
絶縁層25とInPクラッド層17との表面同士が接す
るように、室温かつ大気中で接触させ(図3(A))、
その後、この試料に対し水素雰囲気中で例えば450〜
700℃程度の温度で熱処理を施す。この処理におい
て、絶縁層25とInPクラッド層17とは直接接着さ
れる(図3(B))。
Each of the samples thus hydrophilically treated is
The surfaces of the insulating layer 25 and the InP clad layer 17 are brought into contact with each other at room temperature and in the atmosphere (FIG. 3 (A)),
Then, for example, 450 to
Heat treatment is performed at a temperature of about 700 ° C. In this process, the insulating layer 25 and the InP clad layer 17 are directly bonded (FIG. 3 (B)).

【0033】次に、第2の基板31であるInP基板を
塩酸により除去する。この際、エッチングストップ層3
3があるので第2クラッド層17は保護される。次に、
InGaAs又はInGaAsPエッチングストップ層
33をフッ酸と水と硝酸との混合液により除去する。こ
のエッチング液ではInP第2クラッド層17はエッチ
ングされないので、第2クラッド層17が露出される
(図示せず)。その後、第1の基板15下に第1導電型
電極21を、また、第2クラッド層17上に第2導電型
電極23を公知の方法でそれぞれ形成することにより、
図1に示した第一発明の実施例の光導波路10が形成出
来る。
Next, the InP substrate which is the second substrate 31 is removed with hydrochloric acid. At this time, the etching stop layer 3
The second clad layer 17 is protected because of the presence of 3. next,
The InGaAs or InGaAsP etching stop layer 33 is removed by a mixed solution of hydrofluoric acid, water and nitric acid. Since the InP second cladding layer 17 is not etched by this etching solution, the second cladding layer 17 is exposed (not shown). After that, the first conductivity type electrode 21 is formed under the first substrate 15 and the second conductivity type electrode 23 is formed on the second cladding layer 17 by a known method.
The optical waveguide 10 of the embodiment of the first invention shown in FIG. 1 can be formed.

【0034】上述においてはこの出願の各発明の実施例
について説明したがこれら発明は上述の実施例に限られ
るものではない。
Although the embodiments of the inventions of this application have been described above, the inventions are not limited to the above-mentioned embodiments.

【0035】たとえば、上述の実施例ではInGaAs
P/InP系の光導波路にこれら発明を適用した例であ
ったが、これら発明は他の材料系たとえばGaAs系等
にも同様に適用出来る。
For example, InGaAs is used in the above embodiment.
Although the present invention is applied to the P / InP optical waveguide, the present invention can be applied to other material systems such as GaAs.

【0036】[0036]

【発明の効果】上述した説明から明らかなように、この
出願の第一発明によれば、光導波層に電子及び正孔のい
ずれか一方を閉じ込めることでプラズマ効果を生じさせ
ることができる光導波路構造が得られる。このため、光
導波層において電子及び正孔の再結合は実質的に生じな
い。したがって、電子及び正孔の再結合に起因する雑音
も生じないか従来より雑音が少なく、さらに、屈折率可
変幅も従来より広く、かつ、熱に起因する特性劣化も回
避若しくは従来より低減された光導波路を提供出来る。
As is apparent from the above description, according to the first invention of this application, an optical waveguide capable of producing a plasma effect by confining either one of electrons and holes in the optical waveguide layer. The structure is obtained. Therefore, recombination of electrons and holes does not substantially occur in the optical waveguide layer. Therefore, noise due to recombination of electrons and holes does not occur or is less noise than before, the variable width of the refractive index is wider than before, and characteristic deterioration due to heat is avoided or reduced. An optical waveguide can be provided.

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

【図1】第一発明の実施例の説明に供する図である。FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of a first invention.

【図2】(A)〜(C)は、第二発明の実施例の説明に
供する工程図である。
FIG. 2A to FIG. 2C are process drawings for explaining an embodiment of the second invention.

【図3】(A)及び(B)は、第二発明の実施例の説明
に供する図2に続く工程図である。
3 (A) and 3 (B) are process drawings following FIG. 2 for explaining an embodiment of the second invention.

【図4】(A)及び(B)は、従来技術の説明に供する
図である。
4A and 4B are diagrams for explaining a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11:光導波層(例えばi−InGaAsP層) 15:第1導電型の第1クラッド層(例えばn型InP
基板。第1の基板) 17:第2導電型の第2クラッド層(例えばp型InP
層) 21:電極(第1導電型電極) 23:電極(第2導電型電極) 25:絶縁層(例えばSiO2 等) 27:保護層(例えばInP層) 31:第2の基板(例えばInP基板) 33:エッチングストップ層(例えばInGaAs層又
はInGaAsP層)
11: Optical waveguide layer (for example, i-InGaAsP layer) 15: First conductivity type first cladding layer (for example, n-type InP)
substrate. First substrate 17: Second clad layer of second conductivity type (for example, p-type InP)
Layer: 21: Electrode (first conductivity type electrode) 23: Electrode (second conductivity type electrode) 25: Insulating layer (eg SiO 2 etc.) 27: Protective layer (eg InP layer) 31: Second substrate (eg InP) Substrate) 33: Etching stop layer (for example, InGaAs layer or InGaAsP layer)

フロントページの続き (72)発明者 小川 洋 東京都港区虎ノ門1丁目7番12号 沖電気 工業株式会社内Front Page Continuation (72) Inventor Hiroshi Ogawa 1-7-12 Toranomon, Minato-ku, Tokyo Oki Electric Industry Co., Ltd.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体材料で構成された光導波層並びに
該光導波層を挟む第1導電型の第1クラッド層及び第2
導電型の第2クラッド層と、各クラッド層それぞれの、
前記光導波層とは反対側にそれぞれ設けられた電極とを
具える半導体光導波路において、 光導波層と第1クラッド層または第2クラッド層との間
に絶縁層を具えたことを特徴とする半導体光導波路。
1. An optical waveguide layer made of a semiconductor material, and a first conductivity type first cladding layer and a second cladding layer sandwiching the optical waveguide layer.
Of the conductivity type second clad layer and each clad layer,
A semiconductor optical waveguide comprising electrodes provided on the opposite side of the optical waveguide layer, wherein an insulating layer is provided between the optical waveguide layer and the first cladding layer or the second cladding layer. Semiconductor optical waveguide.
【請求項2】 請求項1に記載の半導体光導波路におい
て、 前記絶縁層及び光導波層間に前記絶縁層に起因して前記
光導波層の品質が低下することを防止するための保護層
を具えたことを特徴とする半導体光導波路。
2. The semiconductor optical waveguide according to claim 1, further comprising a protective layer between the insulating layer and the optical waveguide layer for preventing the quality of the optical waveguide layer from being deteriorated due to the insulating layer. A semiconductor optical waveguide characterized in that
【請求項3】 請求項1に記載の半導体光導波路を製造
するに当たり、 第1の基板及び第2の基板のいずれか一方上に少なくと
も前記第1クラッド層及び第2クラッド層のうちの一方
と光導波層とを形成する工程と、 前記第1の基板及び第2の基板の他方上に少なくとも前
記第1クラッド層及び第2クラッド層のうちの他方を形
成する工程と、 クラッド層等の形成の済んだ第1及び第2の基板のうち
のいずれか一方の上に絶縁層を形成する工程と、 該絶縁層の形成の済んだ基板と他方の基板とを、該絶縁
層と光導波層またはクラッド層とが接するように配置し
これら絶縁層及び光導波層またはクラッド層を直接接着
する工程とを含むことを特徴とする半導体光導波路の製
造方法。
3. The method for manufacturing the semiconductor optical waveguide according to claim 1, wherein at least one of the first cladding layer and the second cladding layer is provided on one of the first substrate and the second substrate. A step of forming an optical waveguide layer, a step of forming at least the other of the first cladding layer and the second cladding layer on the other of the first substrate and the second substrate, and formation of a cladding layer and the like. The step of forming an insulating layer on either one of the first and second substrates after completion of the above step, and the step of forming the insulating layer and the other substrate into the insulating layer and the optical waveguide layer. Or a step of directly arranging the insulating layer and the optical waveguide layer or the clad layer so as to be in contact with the clad layer, and manufacturing the semiconductor optical waveguide.
【請求項4】 請求項3に記載の半導体光導波路の製造
方法において、 前記光導波層上に前記絶縁層に起因して該光導波層の品
質が低下することを防止するための保護層を形成する工
程をさらに含むことを特徴とする半導体光導波路の製造
方法(ただし、この場合は絶縁層及びクラッド層または
保護層を直接接着する。)。
4. The method for manufacturing a semiconductor optical waveguide according to claim 3, further comprising a protective layer on the optical waveguide layer for preventing the quality of the optical waveguide layer from being deteriorated due to the insulating layer. A method of manufacturing a semiconductor optical waveguide, which further comprises a step of forming (in this case, an insulating layer and a cladding layer or a protective layer are directly bonded).
【請求項5】 請求項3または4に記載の半導体光導波
路の製造方法において、 前記直接接着は、直接接着の対象である各層の表面を親
水性とするための処理をし、 該親水性処理した表面同士を接触させた状態で加熱処理
することにより行なうことを特徴とする半導体光導波路
の製造方法。
5. The method for manufacturing a semiconductor optical waveguide according to claim 3 or 4, wherein the direct bonding is a treatment for making the surface of each layer to be directly bonded hydrophilic. A method for manufacturing a semiconductor optical waveguide, characterized in that the heat treatment is performed while the surfaces are in contact with each other.
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