DE4432010A1 - Optische Schaltvorrichtung und Herstellungsverfahren für dieselbe - Google Patents
Optische Schaltvorrichtung und Herstellungsverfahren für dieselbeInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine optische
Schaltvorrichtung zur Verwendung als eine Primärkomponente
in einem optischen Übertragungssystem und insbesondere auf
eine optische Schaltvorrichtung, die in der Lage ist, das
einfallende Licht auf einem optischen Wellenleiter in der
selben gemäß einer Änderung des Brechungsindex, der infolge
einer Stromzuführung und eines Herstellungsverfahrens der
selben auftritt, vollständig zu reflektieren.
Optische Schaltvorrichtungen werden im allgemeinen als
hauptsächliche Komponenten eines optischen Übertragungs
systems verwendet, das in der Lage ist, die Datenübertra
gungskapazität und die Arbeitsgeschwindigkeit in demselben
stark zu erhöhen, wobei die Grenze bestehender elektroni
scher Schaltsysteme überschritten wird.
Ein optischer Halbleiterschalter eines Totalreflexions-Typs
besitzt eine Betriebscharakteristik, bei der der Brechungs
index einer optischen Wellenleiterschicht in demselben ver
ändert oder reduziert wird, wenn ein Strom an den optischen
Schalter angelegt wird. Wenn ein Strom an einen Abschnitt
einer optischen Wellenleiterschicht in einem solchen opti
schen Schalter angelegt wird, tritt genauer gesagt ein Un
terschied des Brechungsindex zwischen dem Abschnitt, an den
ein Strom angelegt wird, und einem anderen Abschnitt, an den
kein Strom angelegt wird, in der optischen Wellenleiter
schicht auf. Danach wird das Licht, das sich durch die opti
sche Wellenleiterschicht ausbreitet, an der Grenzfläche zwi
schen den zwei Abschnitten gemäß dem Snelliusschen Bre
chungsgesetz totalreflektiert. Folglich wird das sich aus
breitende Licht an der Grenzfläche in der Wellenleiter
schicht geschaltet. Das geschaltete Licht breitet sich ent
lang eines anderen optischen Pfades aus. Um in einem opti
schen Wellenleiter eine Totalreflexion des Lichts zu erhal
ten, muß die Änderung des Brechungsindex der Bedingung des
folgenden Ausdrucks genügen:
Δ n n(1-cosR),
wobei n der Brechungsindex der Wellenleiterschicht, ·n die
Änderung des Brechungsindex der Wellenleiterschicht, die
durch das Anlegen eines Stroms bewirkt wird, und R der Bre
chungswinkel des einfallenden Lichts ist.
Um eine optische Schaltvorrichtung, die mit einer Total
reflexions-Grenzfläche in derselben versehen ist, können
herkömmliche Techniken, die gegenwärtig meist verbreitet
verwendet werden, als drei Verfahren zusammengefaßt werden.
Erstens besteht eine der Techniken darin, daß, nach dem
Durchführen einer Kristallisierung auf einem Halbleitersub
strats, um eine Kristallschicht zu bilden, Zinkstörstellen
partiell ausschließlich in eine Lichtreflexions-Oberfläche
der Kristallschicht diffundiert werden, wie in Fig. 1A ge
zeigt ist. Diese optische Schaltvorrichtung, die mit einer
partiell diffundierten Reflexionsoberfläche versehen ist,
ist in "An 8 mm Length Nonblocking 4×4 Optical Switch Array",
Areas in Commun., Ausg. 6, Seiten 1262-1266, 1988, offen
bart.
Gemäß Fig. 1A ist auf einer Hauptoberfläche eines Halblei
tersubstrats 1 eine erste optische Wellenleiterschicht 2
gebildet. Auf der ersten optischen Wellenleiterschicht 2
werden nacheinander eine kaschierte Schicht 3 und eine
zweite optische Wellenleiterschicht 5 gebildet. Nachdem
Zinkstörstellen partiell in die zweite optische Wellenlei
terschicht und die kaschierte Schicht diffundiert sind, um
einen Störstellen-diffundierten Abschnitt 8 zu bilden, wird
ein in der Technik gut bekannter Ätzprozeß durchgeführt, um
Abschnitte der zweiten optischen Wellenleiterschicht, der
kaschierten Schicht und der ersten optischen Wellenleiter
schicht zu entfernen. Dann wird die erste optische Wellen
leiterschicht bis zu einer vorbestimmten Tiefe derselben
entfernt. Nachfolgend werden auf dem Störstellen-diffun
dierten Abschnitt und einer rückseitigen Oberfläche, die
gegenüber der Hauptoberfläche des Substrats 1 liegt, eine
p-Typ-Frontelektrode bzw. eine Rückelektrode gebildet. Bei
dem Aufbau der optischen Schaltvorrichtung, die somit herge
stellt ist, ist eine Lichtreflexions-Oberfläche in dem Stör
stellen-diffundierten Abschnitt 8 gebildet, wie in Fig. 1A
gezeigt ist.
Es ist bei einer solchen optischen Schaltvorrichtung, die
mit einer Reflexionsoberfläche versehen ist, erforderlich,
Zinkstörstellen in eine optische Wellenleiterschicht zu
diffundieren, welche die Breite des Wellenleiters nicht
überschreitet. Um die Breite des Wellenleiters zu reduzie
ren, ist eine Ohm′sche Kontaktfläche in der optischen
Schaltvorrichtung beträchtlich begrenzt. Ferner muß die
Breite einer Maske für die Zinkdiffusion berücksichtigt oder
reduziert werden, da das Zink entlang einer horizontalen
Oberfläche diffundiert wird. Wenn das Zink über eine Breite
des Wellenleiters diffundiert wurde, wird ein Stromsignal
als Träger über dem Wellenleiter gestreut. Aus diesem Grund
besitzt die oben beschriebene optische Schaltvorrichtung den
Nachteil, daß ein Stromsignal, das in einem optischen Wel
leitenleiter fließt, nicht effektiv gesteuert werden kann.
Zusätzlich existiert ein Herstellungsverfahren für einen
Schlitztyp einer optischen Schaltvorrichtung, bei dem zwei
Diffusionsschritte vor und nach der Kristallisierung auf
einem Halbleitersubstrat durchgeführt werden, um einen Stör
stellen-diffundierten Abschnitt in demselben zu bilden, wie
in Fig. 1B gezeigt ist. Das Herstellungsverfahren dieser op
tischen Schaltvorrichtung des Schlitztyps ist in "Appl.
Phys. Lett.", Ausg. 50, Seiten 141-143, 1987, offenbart.
Dieser Schlitztyp einer optischen Schaltvorrichtung ist
geschaffen, um die Beschränkung eines Stromsignals, das
durch einen Wellenleiter in derselben fließt, effektiv zu
steuern.
Gleiche Komponenten wie die in Fig. 1A sind durch gleiche
Bezugszeichen angezeigt.
Bezugnehmend auf Fig. 1B wird vor der Kristallbildung auf
einer Hauptoberfläche eines Halbleiters Zink in das Substrat
1 diffundiert, wobei eine Maske verwendet wird, so daß ein
erster diffundierter Abschnitt 8A entsteht. Ähnlich der Kri
stallisierung, die in Fig. 1A gezeigt ist, werden nacheinan
der eine erste optische Wellenleiterschicht 2, eine ka
schierte Schicht 3 und ein zweiter optischer Wellenleiter 5
auf dem Substrat 1 gebildet. Nachfolgend wird Zink in die
geschichteten Schichten 5 und 3 diffundiert, um einen zwei
ten diffundierten Abschnitt 8B zu bilden. Eine Frontelektro
de 6 und eine Rückelektrode 7 werden auf dem zweiten diffun
dierten Abschnitt 8B bzw. einer rückseitigen Oberfläche ge
genüber der Hauptoberfläche des Substrats 1 gebildet. Folg
lich besitzt die optische Schlitztyp-Schaltvorrichtung eine
p/n/p/n-Stromsperrschicht, wodurch die Beschränkung eines
Stromsignals, das in derselben fließt, effektiv gesteuert
werden kann.
Ein derartiger Schlitztyp einer optischen Schaltvorrichtung
besitzt jedoch den Nachteil, daß eine lithographische Aus
richtungstechnik mit einer Genauigkeit von 1 µm und darunter
erforderlich ist, um eine derartige optische Schaltvorrich
tung herzustellen, und außerdem zwei Diffusionsschritte un
ter mehreren komplizierten Bedingungen, wie z. B. der genauen
Steuerung der Menge eines Diffusionsmaterials oder einer
präzisen Temperatur, durchgeführt werden müssen. Genauso be
steht ein weiterer Nachteil des Schlitztyps einer optischen
Schaltvorrichtung darin, daß die Reduzierung der Breite des
Wellenleiters und eine Ohm′sche Kontaktfläche signifikant
begrenzt sind.
Schließlich existiert eine optische GaAs/InP-Schaltvor
richtung (Indium-Gallium-Arsenid-Phosphid/ Indium-Phosphid)
mit einer semi-isolierenden InP-Stromsperrschicht, wie in
Fig. 1C gezeigt ist. Diese optische Schaltvorrichtung ist in
"InGaAsP/InP Optical Switches Embedded with Semi-Insulating
InP Current Blocking Layers", Sel. Areas in Commun., Ausg.
16, Seiten 1199-1204, 1988, offenbart.
Gleiche Komponenten wie die in Fig. 1B sind durch gleiche
Bezugszeichen bezeichnet.
Gemäß Fig. 1C werden auf einer Hauptoberfläche eines Halb
leitersubstrats 1 eine erste optische Wellenleiterschicht 2
und eine Stromsperrschicht 4 nacheinander gebildet. Durch
einen Ätzprozeß wird ein Abschnitt der Stromsperrschicht 4
entfernt, um einen offenen Abschnitt zu bilden. Nachfolgend
werden Rekristallisierungsschritte durchgeführt, um in dem
offenen Abschnitt eine kaschierte Schicht 3′ und eine zweite
optische Wellenleiterschicht 5′ zu bilden. Eine Frontelek
trode 6 und eine Rückelektrode 7 werden jeweils auf der
zweiten optischen Wellenleiterschicht 5′ bzw. einer rücksei
tigen Oberfläche gegenüber der Hauptoberfläche des Substrats
1 gebildet.
Da eine derartige optische InGaAs/InP-Schaltvorrichtung eine
Semi-isolierende InP-Schicht besitzt, die durch das zweima
lige Durchführen der Kristallisierung erzeugt ist, kann ein
Strom, der in derselben fließt, effektiv gesperrt werden.
Jedoch hat diese optische Schaltvorrichtung die gleichen
Nachteile wie die oben genannten Schalter. Ferner ist in der
optischen InGaAs/InP-Schaltvorrichtung die Kontaktfläche
zwischen dem diffundierten Abschnitt und der Frontelektrode
6 beträchtlich begrenzt und daher die Ohm′sche Charakteri
stik gesenkt, da Zink in den Wellenleiter diffundiert wird,
um einen Störstellen-diffundierten Abschnitt zu bilden, und
die Frontelektrode 6 nur auf dem diffundierten Abschnitt ge
bildet wird. Folglich ist ein hohes Stromsignal von 90 mA
oder höher erforderlich, um in dieser optischen InGaAs/InP-
Schaltvorrichtung eine Schaltoperation durchzuführen, wo
durch folglich der Stromverbrauch mengenmäßig weiter erhöht
ist.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische
Schaltvorrichtung zu schaffen, bei der eine Kontaktfläche
zwischen einer Frontelektrode und einem Störstellen-diffun
dierten Abschnitt maximiert ist, um die Ohm′sche Charakteri
stik derselben zu maximieren, und bei der ferner die Be
schränkung eines Stromsignals, das in derselben fließt, ef
fektiv gesteuert werden kann, wodurch der Stromverbrauch,
der für eine Schaltoperation erforderlich ist, minimiert
werden kann. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung der optischen
Schaltvorrichtung zu liefern.
Diese Aufgaben werden durch eine optische Schaltvorrichtung
gemäß Patentanspruch 2, sowie ein Verfahren zur Herstellung
einer optischen Schaltvorrichtung gemäß Patentanspruch 3 ge
löst.
Gemäß einem Vorteil der vorliegenden Erfindung umfaßt die
optische Schaltvorrichtung ein n-InP-Substrat; eine optische
Wellenleiterschicht, die auf der Hauptoberfläche des n-InP-
Substrats gebildet ist; eine n-InP-Kaschierungsschicht, die
auf der optischen Wellenleiterschicht gebildet ist; eine
n-InGaAs-Deckschicht, die auf der n-InP-Kaschierungsschicht
gebildet ist, wobei die Deckschicht eine Öffnung, die ab
wärts verjüngt ist, besitzt; einen Störstellen-diffundierten
Abschnitt, in dem p-Typ-Störstellen mit einer hohen Konzen
tration durch die Öffnung in die n-InP-Kaschierungsschicht
und bis zu einer vorbestimmten Tiefe in die n-InGaAs-Deck
schicht ausgehend von einer Oberfläche derselben injiziert
werden; eine Frontelektrode, die auf der n-InGaAs-Deck
schicht und einer exponierten Oberfläche der n-InP-Kaschie
rungsschicht gebildet ist; und eine Rückelektrode, die auf
einer Oberfläche gebildet ist, die gegenüber der Hauptober
fläche des n-InP-Substrats liegt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel umfaßt die optische Schalt
vorrichtung ferner eine p-InP-Stromsperrschicht, die zwi
schen der n-InP-Kaschierungsschicht und der n-InGaAs-Deck
schicht gebildet ist, um zu verhindern, daß ein Strom in an
dere Abschnitte, ausgenommen des Störstellen-diffundierten
Abschnitts, gestreut wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung um
faßt das Herstellungsverfahren des optischen Schalters fol
gende Schritte: aufeinanderfolgendes Bilden einer optischen
Wellenleiterschicht, einer n-InP-Kaschierungsschicht und ei
ner n-InGaAs-Deckschicht auf einer Hauptoberfläche eines
n-InP-Substrats unter Verwendung eines epitaxialen Aufwach
sens; selektives Ätzen der n-InGaAs-Deckschicht, um eine
Öffnung, die abwärts verjüngt ist, zu bilden; Diffundieren
von Störstellen in die n-InP-Kaschierungsschicht durch die
Öffnung und in die n-InGaAs-Deckschicht bis zu einer vorbe
stimmten Tiefe ausgehend von einer Oberfläche derselben, um
eine erste Störstellen-diffundierte Region in der kaschier
ten n-InP-Schicht unter der Öffnung zu bilden, und um eine
zweite Störstellen-diffundierte Region entlang der Ober
fläche der n-InGaAs-Deckschicht zu bilden; Ätzen der Schich
ten auf der optischen Wellenleiterschicht unter Verwendung
einer Maske, um einen Steg-förmigen Wellenleiter zu bilden;
und Bilden von Elektroden auf der n-InGaAs-Deckschicht und
einer exponierten Oberfläche der n-InP-Kaschierungsschicht
und auf einer Oberfläche, die gegenüber der Hauptoberfläche
des n-InP-Substrats liegt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel umfaßt das Verfahren vor dem
Bilden der n-InGaAs-Deckschicht ferner einen Schritt des
Bildens einer p-InP-Stromsperrschicht, die zwischen der ka
schierten n-InP-Schicht und der n-InGaAs-Deckschicht gebil
det wird, um zu verhindern, daß ein Strom in andere Ab
schnitte, ausgenommen des Störstellen-diffundierten Ab
schnitts, gestreut wird.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung
werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1A bis 1C Querschnittansichten, die Ausführungen meh
rerer bekannter optischer Schalter zeigen;
Fig. 2 eine Draufsicht eines optischen Schaltsystems, in
dem eine optische Schaltvorrichtung gemäß der vor
liegenden Erfindung verkörpert ist;
Fig. 3A eine Querschnittansicht, die die Ausführung einer
optischen Schaltvorrichtung zeigt, die gemäß einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung her
gestellt ist;
Fig. 3B eine Querschnittansicht, die eine weitere Ausfüh
rung der optischen Schaltvorrichtung, die gemäß ei
nem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung hergestellt ist, zeigt; und
Fig. 4A bis 4E Querschnittansichten, die die Herstellungs
schritte der optischen Schaltvorrichtung von Fig.
3A zeigen.
Gemäß Fig. 2 ist gezeigt, daß die optische Schaltvorrichtung
der vorliegenden Erfindung in einem optischen Schaltsystem
verkörpert ist. Das Bezugszeichen 10 bezeichnet eine opti
sche Schaltvorrichtung, die durch die vorliegende Erfindung
hergestellt ist.
Der optische Wellenleiter in dem optischen Schaltsystem be
sitzt einen kreuzförmigen Aufbau, wie in Fig. 2 gezeigt ist.
Die optische Schaltvorrichtung 10 ist an einer Kreuzung des
optischen Wellenleiters errichtet. Einfallendes Licht Bin
von einem Eingangstor des optischen Wellenleiters wird zu
der optischen Schaltvorrichtung 10 übertragen. Danach wird
das einfallende Licht Bin als übertragenes Licht Btm ausge
geben oder als reflektiertes Licht Brf gemäß dem Betriebs
zustand der optischen Schaltvorrichtung 10 ausgegeben.
Fig. 3A ist eine Querschnittansicht entlang der Linie A-A′
von Fig. 2 und zeigt den Aufbau der optischen Schaltvor
richtung 10.
Gemäß Fig. 3A sind auf einer Hauptoberfläche eines n-InP-
Substrats 11 eine optische Wellenleiterschicht 12 und eine
n-InP-Kaschierungsschicht 13 durch Kristallisierung nachei
nander aufgewachsen, wodurch eine Steg-Form auf dem Substrat
11 gebildet ist. Auf der kaschierten Schicht 13 werden nach
einander eine p-InP-Stromsperrschicht 14 und eine n-InGaAs-
Deckschicht 15 gebildet. Diese n-InGaAs-Deckschicht 15 be
sitzt eine Öffnung, die abwärts verjüngt ist. Störstellen
mit einer hohen Konzentration werden in die Stromsperr
schicht 14 und die kaschierte Schicht 13 durch die Öffnung
diffundiert und danach in die Deckschicht 15 bis zu einer
vorbestimmten Tiefe ausgehend von einer Oberfläche dersel
ben. Folglich ist ein Störstellen-diffundierter Abschnitt in
der Stromsperrschicht 14 und der kaschierten Schicht 13,
welche miteinander geschichtet sind, und entlang der Ober
fläche der Deckschicht 15 gebildet.
Durch die abschließende Herstellung ist eine Frontelektrode
16 auf der n-InGaAs-Deckschicht 15 und einer exponierten
Oberfläche der p-InP-Stromsperrschicht 14 gebildet. Auf ei
ner Oberfläche des Substrats 11, die gegenüber der Haupt
oberfläche desselben liegt, ist eine Rückelektrode 17 ge
bildet.
Da die n-InGaAs-Deckschicht 15 in der optischen Schalt
vorrichtung 10 mit der abwärts verjüngten Öffnung versehen
ist, besitzt die Deckschicht 15 eine maximale Fläche, um
einer Licht-reflektierenden Oberfläche, die als eine unter
seitige Oberfläche des Störstellen-diffundierten Abschnitts
gebildet ist und an einer Kreuzung des optischen Wellen
leiters in der optischen Schaltvorrichtung 10 vorgesehen
ist, einen Strom zuzuführen. Folglich kann die Breite des
Störstellen-diffundierten Abschnitts 18 aufgrund der oben
genannten abwärts verjüngten Öffnung als eine Stromzufüh
rungsregion ohne eine Beschränkung entworfen werden.
Zusätzlich ist eine Grenzfläche zwischen dem Störstellen
diffundierten Abschnitt 18 und der Frontelektrode 16 ver
glichen mit der einer herkömmlichen optischen Schaltvor
richtung relativ breit, wodurch die Ohm′sche Charakteristik
beträchtlich verbessert werden kann.
Ferner kann verhindert werden, daß ein Stromsignal in andere
Regionen, ausgenommen des Störstellen-diffundierten Ab
schnitts, gestreut wird, da bei diesem Ausführungsbeispiel
die Stromsperrschicht 14 verwendet ist.
Andererseits wird bei dem optischen Schaltsystem gemäß Fig.
2 das einfallende Licht Bin durch ein Eingangstor eingeführt
und breitet sich entlang der optischen Wellenleiterschicht
12 aus. Wenn kein Spannungssignal an die Elektroden 17 und
18 angelegt wird, wodurch kein Stromsignal in der Nähe der
Kreuzung der optischen Wellenleiterschicht 12 fließt, tritt
keine Änderung des Brechungsindex in der optischen Wellen
leiterschicht 12 auf. Folglich breitet sich das einfallende
Licht Bin durch die Kreuzung der optischen Wellenleiter
schicht 12 aus und wird als übertragenes Licht Btm ausge
geben.
Wenn jedoch an die Elektroden 17 und 18 ein Spannungssignal
angelegt wird, fließt in der Nähe der Kreuzung der optischen
Wellenleiterschicht 12 ein Stromsignal. Dann werden Träger
des Stromsignals in der Nähe der optischen Wellenleiter
schicht 12 angehäuft, wodurch der Brechungsindex in der op
tischen Wellenleiterschicht 12 reduziert wird. Wenn der re
duzierte Brechungsindex der Totalreflexion des Smelliusschen
Brechungsgesetzes genügt, wird das einfallende Licht Bin ge
schaltet und als reflektiertes Licht Brf ausgegeben.
Fig. 3B ist eine Querschnittansicht, die eine weitere opti
sche Schaltvorrichtung der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die optische Schaltvorrichtung von Fig. 3B hat den gleichen
Aufbau wie die von Fig. 3A, mit der Ausnahme, daß die opti
sche Wellenleiterschicht aus einer p-InGaAs-Schicht 22 ge
bildet ist, und die n-InGaAs-Deckschicht 15 direkt auf der
n-InP-Kaschierungsschicht 13 gebildet ist, ohne die Bildung
der p-InP-Stromsperrschicht 14. Die Einzelelemente, die
gleiche Funktionen wie die Einzelelemente der optischen
Schaltvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels (gezeigt
in Fig. 3A) besitzen, sind durch die gleichen Bezugszeichen
angezeigt, und Beschreibungen derselben sind weggelassen.
Die optische Schaltvorrichtung von Fig. 3B hat der Vorrich
tung von Fig. 3A entsprechende Effekte.
Ein Herstellungsverfahren der optischen Schaltvorrichtung
von Fig. 3A wird detailliert bezugnehmend auf die Fig. 4A
bis 4E beschrieben.
Gemäß Fig. 4A werden auf einem n-InP-Substrat 11 nachein
ander eine optische n-InGaAs-Wellenleiterschicht 12, eine
n-InP-Kaschierungsschicht 13, eine p-InP-Stromsperrschicht
14 und eine n-InGaAs-Deckschicht 15 durch ein epitaxiales
Aufwachsverfahren einer MOCVD (metal organic chemical vapor
deposition = metallisch-organische Gasphasenabscheidung nach
chemischem Verfahren) oder der LPE (liquid phase epitaxy =
Flüssigphasen-Epitaxy) aufgewachsen.
In Fig. 4B ist gezeigt, daß in der n-InGaAs-Deckschicht 15
eine Öffnung 25 gebildet wird. Die Deckschicht 15 wird z. B.
selektiv geätzt, um die Öffnung 25 zu bilden. Diese Öffnung
25 besitzt eine abwärts verjüngte Form, da ein anisotropes
Ätzverfahren als das selektive Ätzverfahren verwendet wird.
Die Öffnung 25 wird über einer Licht-reflektierenden Ober
fläche, die nachfolgend beschrieben wird, gebildet.
Gemäß Fig. 4C wird ein Diffusionsschritt durchgeführt, um
einen Störstellen-diffundierten Abschnitt zu bilden. Zink-
Störstellen mit einer hohen Konzentration werden in die
Stromsperrschicht 14 und die kaschierte Schicht 13 durch die
Öffnung 25 diffundiert, und zur gleichen Zeit in die Deck
schicht 15 bis zu einer vorbestimmten Tiefe ausgehend von
einer Oberfläche derselben. Folglich wird ein Störstellen
diffundierter Abschnitt 18 in der Stromsperrschicht 14 und
der kaschierten Schicht 13, die miteinander geschichtet
sind, und entlang der Oberfläche der Deckschicht 15 gebil
det. Da der Stromdiffusionskoeffizient eines InP-Materials
viel größer ist als der eines InGaAs-Materials, kann in der
Nähe des Störstellen-diffundierten Abschnitts 18 ohne wei
teres eine Stromsperr-Region mit einer p/n/p/n-Struktur ge
bildet werden. Hierin wird nachfolgend in dem Störstellen
diffundierten Abschnitt 18 eine Region, die unter der Öff
nung 25 gebildet ist, eine erste Störstellen-diffundierte
Region genannt. Eine weitere Region, die entlang der Ober
fläche der n-InGaAs-Deckschicht 15 gebildet wird, wird eine
zweite Störstellen-diffundierte Region genannt. Da die Deck
schicht der optischen Schaltvorrichtung auf einer n-InGaAs-
Schicht gebildet wird, kann eine Schwefelsäurelösung oder
eine Phosphorsäurelösung als selektive Ätzlösung verwendet
werden, wodurch der Ätzschritt ohne weiteres durchgeführt
werden kann.
Bezugnehmend auf Fig. 4D wird ein Ätzschritt durchgeführt,
um einen Wellenleiter einer Steg-Form zu bilden. Durch das
Durchführen eines Naß-Ätzens oder eines Trocken-Ätzens wer
den die Schichten, die auf der optischen Wellenleiterschicht
12 geschichtet sind, unter Verwendung einer Maske entfernt,
um eine Steg-Form zu bilden.
Schließlich wird der Schritt des Bildens der Elektroden
durchgeführt. Gemäß Fig. 4E wird auf der n-InGaAs-Deck
schicht und einer exponierten Oberfläche der p-InP-Strom
sperrschicht 14 eine Frontelektrode 16 gebildet. Ferner wird
auf einer Oberfläche des Substrats 11, die der Hauptober
fläche desselben gegenüberliegt, eine Rückelektrode 17 ge
bildet. Damit ist die Herstellung der optischen Schaltvor
richtung 10 vollendet.
Gemäß Fig. 4E ist die Frontelektrode 16 verglichen mit der
unteren Oberfläche (d. h. einer Licht-reflektierenden Ober
fläche) des Störstellen-diffundierten Abschnitts 18 bemer
kenswert breit, wodurch der Kontaktwiderstand zwischen der
Frontelektrode 16 und der ersten Störstellen-diffundierten
Region reduziert sein kann.
Ferner ist eine p/n/p/n-Übergangsstruktur an beiden Seiten
der ersten Störstellen-diffundierten Region gebildet, wo
durch ein Stromfluß zu der Übergangsstruktur blockiert ist.
Folglich wird ein Stromsignal effektiv in die Licht-re
flektierende Oberfläche des Störstellen-diffundierten Ab
schnitts 18 injiziert.
Außerdem ist das Herstellungsverfahren der optischen Schalt
vorrichtung von Fig. 3B das gleiche, wie das der optischen
Schaltvorrichtung von Fig. 3A, mit der Ausnahme, daß eine
p-InGaAs-Schicht 22 auf dem n-InP-Substrat 11 als eine opti
sche Wellenleiterschicht gebildet ist. Die n-InGaAs-Deck
schicht 15 ist direkt auf der n-InP-Kaschierungsschicht 13
gebildet, ohne die Bildung der p-InP-Stromsperrschicht 14.
Wie oben beschrieben kann die optische Schaltvorrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung eine gute Ohm′sche Charak
teristik aufweisen, da die Frontelektrode, die Kontakt zu
einem Störstellen-diffundierten Abschnitt hat, verglichen
mit einer Licht-reflektierenden Oberfläche des Störstellen
diffundierten Abschnitts bemerkenswert breit ist.
Ferner kann ein Strom in der Vorrichtung effektiv gesperrt
werden und die Vorrichtung kann bei einem kleinen Strompegel
betrieben werden, da eine n-InGaAs-Deckschicht der optischen
Schaltvorrichtung eine konkav geformte Öffnung aufweist, die
abwärts verjüngt ist, und eine p/n/p/n-Übergangsstruktur an
beiden Seiten des Störstellen-diffundierten Abschnitts ge
bildet ist.
Zusätzlich kann eine Schwefelsäurelösung oder eine Phosphor
säurelösung als selektive Ätzlösung verwendet werden, wo
durch der Ätzprozeß leicht durchgeführt werden kann, da die
Deckschicht der optischen Schaltvorrichtung aus einer n-
InGaAs-Schicht gebildet ist.
Außerdem kann die p/n/p/n-Übergangsstruktur zur Verwendung
als Stromsperrschicht leicht gebildet werden, da sich die
Koeffizienten von InGaAs- und InP-Materialien voneinander
unterscheiden.
Claims (4)
1. Optische Schaltvorrichtung (10) zum totalen Reflektieren
eines einfallenden Lichts (Bin) in derselben gemäß einer
Änderung des Brechungsindex, der infolge einer Stromzu
führung auftritt, wobei die optische Schaltvorrichtung
(10) folgende Merkmale aufweist:
ein n-InP-Substrat (11);
eine optische Wellenleiterschicht (12; 22), die auf ei ner Hauptoberfläche des n-InP-Substrats (11) gebildet ist;
eine n-InP-Kaschierungsschicht (13), die auf der opti schen Wellenleiterschicht (12; 22) gebildet ist;
eine n-InGaAs-Deckschicht (15), die auf der n-InP-Ka schierungsschicht (13) gebildet ist, wobei die Deck schicht (15) eine abwärts verjüngte Öffnung (25) aufweist;
einen Störstellen-diffundierten Abschnitt (18), wobei p-Typ-Störstellen mit einer hohen Konzentration durch die Öffnung (25) in die n-InP-Kaschierungsschicht (13) und in die n-InGaAs-Deckschicht (15) bis zu einer vor bestimmten Tiefe ausgehend von einer Oberfläche der selben injiziert sind;
eine Frontelektrode (16), die auf der n-InGaAs-Deck schicht (15) und einer exponierten Oberfläche der n-InP-Kaschierungsschicht (13) gebildet ist; und
eine Rückelektrode (17), die auf einer Oberfläche, die gegenüber der Hauptoberfläche des n-InP-Substrats (11) liegt, gebildet ist.
ein n-InP-Substrat (11);
eine optische Wellenleiterschicht (12; 22), die auf ei ner Hauptoberfläche des n-InP-Substrats (11) gebildet ist;
eine n-InP-Kaschierungsschicht (13), die auf der opti schen Wellenleiterschicht (12; 22) gebildet ist;
eine n-InGaAs-Deckschicht (15), die auf der n-InP-Ka schierungsschicht (13) gebildet ist, wobei die Deck schicht (15) eine abwärts verjüngte Öffnung (25) aufweist;
einen Störstellen-diffundierten Abschnitt (18), wobei p-Typ-Störstellen mit einer hohen Konzentration durch die Öffnung (25) in die n-InP-Kaschierungsschicht (13) und in die n-InGaAs-Deckschicht (15) bis zu einer vor bestimmten Tiefe ausgehend von einer Oberfläche der selben injiziert sind;
eine Frontelektrode (16), die auf der n-InGaAs-Deck schicht (15) und einer exponierten Oberfläche der n-InP-Kaschierungsschicht (13) gebildet ist; und
eine Rückelektrode (17), die auf einer Oberfläche, die gegenüber der Hauptoberfläche des n-InP-Substrats (11) liegt, gebildet ist.
2. Optische Schaltvorrichtung (10) gemäß Anspruch 1, die
ferner eine p-InP-Stromsperrschicht (14) einschließt,
die zwischen der n-InP-Kaschierungsschicht (13) und der
n-InGaAs-Deckschicht (15) gebildet ist, um zu verhin
dern, daß ein Strom in andere Abschnitte, ausgenommen
des Störstellen-diffundierten Abschnitts (18), gestreut
wird.
3. Verfahren zum Herstellen einer optischen Schaltvor
richtung (10) zum totalen Reflektieren eines einfallen
den Lichts (Bin) in derselben gemäß einer Änderung des
Brechungsindex, die infolge einer Stromzuführung auf
tritt, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
aufeinanderfolgendes Bilden einer optischen Wellenlei terschicht (12), einer n-InP-Kaschierungsschicht (13) und einer n-InGaAs-Deckschicht (15) auf einer Haupt oberfläche eines n-InP-Substrats (11) unter Verwendung eines epitaxialen Aufwachsens;
selektives Ätzen der n-InGaAs-Deckschicht (15), um eine abwärts verjüngte Öffnung (25) zu bilden;
Diffundieren von Störstellen in die kaschierte n-InP- Schicht (13) durch die Öffnung (25) und in die n- InGaAs-Deckschicht (15) bis zu einer vorbestimmten Tiefe ausgehend von einer Oberfläche derselben, um eine erste Störstellen-diffundierte Region (18) in der n-InP-Ka schierungsschicht unter der Öffnung (25) zu bilden, und um eine zweite Störstellen-diffundierte Region (18) entlang der Oberfläche der n-InGaAs-Deckschicht (15) zu bilden;
Ätzen der Schichten auf der optischen Wellenleiter schicht (12) unter Verwendung einer Maske, um einen Steg-förmigen Wellenleiter zu bilden; und
Bilden von Elektroden (16, 17) auf der n-InGaAs-Deck schicht (15) und einer exponierten Oberfläche der n-InP-Kaschierungsschicht (13) und auf einer Oberfläche, die gegenüber der Hauptoberfläche des n-InP-Substrats (11) liegt.
aufeinanderfolgendes Bilden einer optischen Wellenlei terschicht (12), einer n-InP-Kaschierungsschicht (13) und einer n-InGaAs-Deckschicht (15) auf einer Haupt oberfläche eines n-InP-Substrats (11) unter Verwendung eines epitaxialen Aufwachsens;
selektives Ätzen der n-InGaAs-Deckschicht (15), um eine abwärts verjüngte Öffnung (25) zu bilden;
Diffundieren von Störstellen in die kaschierte n-InP- Schicht (13) durch die Öffnung (25) und in die n- InGaAs-Deckschicht (15) bis zu einer vorbestimmten Tiefe ausgehend von einer Oberfläche derselben, um eine erste Störstellen-diffundierte Region (18) in der n-InP-Ka schierungsschicht unter der Öffnung (25) zu bilden, und um eine zweite Störstellen-diffundierte Region (18) entlang der Oberfläche der n-InGaAs-Deckschicht (15) zu bilden;
Ätzen der Schichten auf der optischen Wellenleiter schicht (12) unter Verwendung einer Maske, um einen Steg-förmigen Wellenleiter zu bilden; und
Bilden von Elektroden (16, 17) auf der n-InGaAs-Deck schicht (15) und einer exponierten Oberfläche der n-InP-Kaschierungsschicht (13) und auf einer Oberfläche, die gegenüber der Hauptoberfläche des n-InP-Substrats (11) liegt.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3, das ferner folgenden Schritt
aufweist:
Bilden einer p-InP-Stromsperrschicht (14), die zwischen der n-InP-Kaschierungsschicht (13) und der n-InGaAs- Deckschicht (15) gebildet wird, vor dem Bilden der n- InGaAs-Deckschicht (15), um zu verhindern, daß ein Strom in andere Abschnitte, ausgenommen des Störstellen-dif fundierten Abschnitts (18), gestreut wird.
Bilden einer p-InP-Stromsperrschicht (14), die zwischen der n-InP-Kaschierungsschicht (13) und der n-InGaAs- Deckschicht (15) gebildet wird, vor dem Bilden der n- InGaAs-Deckschicht (15), um zu verhindern, daß ein Strom in andere Abschnitte, ausgenommen des Störstellen-dif fundierten Abschnitts (18), gestreut wird.
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