JPH063708A - Optical switch and its production - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To compatibly provide the single mode characteristic and low driving voltage characteristic of optical waveguides of the optical switch and to lower the coupling loss to an external optical fiber. CONSTITUTION:This optical switch consists of a substrate 7 and at least two pieces of the optical waveguides having clad layers 6, 14 and core layer 5 formed on the substrate. At least a part of the clad on the upper side of the core 51 is formed of a conductive clad layer 14 in order to control the refractive index of the core and the clad on the upper side of the core 5 is formed by a technique for the selective growth of the region. The optical switch is shorter in the distance from the conductive clad 16 on the upper side of the core (5) in the region where guided light is mainly guided to the core 5 than the thickness of the side clads 10, 11, 12.

Description

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

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、製作性がよく、駆動電
圧が低い低損失光スイッチと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 a low loss optical switch having good manufacturability and a low driving voltage, and a manufacturing method thereof.

【０００２】[0002]

【従来の技術】図１９に従来の光スイッチの斜視図を、
図２０（Ａ）にそのＡ−Ａ′に沿った断面図および
（Ｂ）に横方向屈折率の分布を示す。図１９においてＩ
とＩＩＩは光の入出力部、ＩＩはスイッチ部である。１
はｐ側電極、２はｐ⁺ −ＩｎＧａＡｓキャップ、３はｐ
−ＩｎＰクラッド、４はｉ−ＩｎＰサイドクラッドで厚
さは０．２５μｍである。５はｉ−ＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ
ＡｌＡｓＭＱＷコア、６はｎ−ＩｎＰクラッド、７はｎ
⁺ −ＩｎＰ基板、８はｎ側電極である。ここで、スイッ
チの動作波長を１．５５μｍとすると、ＭＱＷ層５のバ
ンドギャップ波長λｇは１．４４μｍ程度に設定してお
けばよい。図２０を用いてサイドクラッド４の役目につ
いて簡単に説明する。導波光はｐ−ＩｎＰクラッド３の
直下近傍のＭＱＷコア５近傍に伝搬するが、この時導波
光はＭＱＷコア５の上下にも漏れている。サイドクラッ
ド４が薄いとｐ−ＩｎＰクラッド３がない場所では導波
光は空気の低い屈折率（１．０）を感じその場所の等価
屈折率は下がる。一方、ｐ−ＩｎＰクラッド３がある場
所ではＭＱＷコア５の上に漏れた光はその高い屈折率
（３．１７）を感じ、等価屈折率が高くなり図２０
（Ｂ）に示したような横方向等価屈折率の分布が生じ
る。サイドクラッド４が薄いと横方向屈折率差が大きく
なり、光の閉じ込めが強くなりすぎる。従ってｐ−Ｉｎ
Ｐクラッド３の幅Ｗ₂ が３μｍから４μｍ程度と広い場
合には、光導波路は多モード光導波路となり易く特性上
好ましくない。そのため、サイドクラッド４の厚みを厚
くし、横方向屈折率差を制御し、単一モード伝搬を実現
する。2. Description of the Related Art FIG. 19 is a perspective view of a conventional optical switch.
FIG. 20 (A) shows a cross-sectional view taken along the line AA ′, and FIG. 20 (B) shows the distribution of the lateral refractive index. In FIG. 19, I
And III are light input / output units, and II is a switch unit. 1
Is a p-side electrode, 2 is a p ⁺ -InGaAs cap, 3 is p
-InP clad, 4 is an i-InP side clad, and has a thickness of 0.25 μm. 5 is i-InGaAs / In
AlAsMQW core, 6 is n-InP clad, 7 is n
⁺ -InP substrate, 8 is an n-side electrode. Here, if the operating wavelength of the switch is 1.55 μm, the bandgap wavelength λg of the MQW layer 5 may be set to about 1.44 μm. The role of the side cladding 4 will be briefly described with reference to FIG. The guided light propagates near the MQW core 5 immediately below the p-InP cladding 3, but at this time, the guided light also leaks above and below the MQW core 5. If the side clad 4 is thin, the guided light feels a low refractive index (1.0) of air in a place where the p-InP clad 3 does not exist, and the equivalent refractive index in that place decreases. On the other hand, in the place where the p-InP clad 3 is present, the light leaked onto the MQW core 5 feels its high refractive index (3.17), and the equivalent refractive index becomes high.
The distribution of the lateral equivalent refractive index as shown in FIG. If the side cladding 4 is thin, the lateral refractive index difference becomes large and the light confinement becomes too strong. Therefore, p-In
When the width W ₂ of the P-clad 3 is as wide as 3 μm to 4 μm, the optical waveguide is likely to be a multimode optical waveguide, which is not preferable in terms of characteristics. Therefore, the thickness of the side cladding 4 is increased to control the lateral refractive index difference and realize single mode propagation.

【０００３】図２１は図２０に示した光スイッチの製造
方法を説明する図である。図２１のようにｎ⁺ −ＩｎＰ
基板７の上にｎ−ＩｎＰクラッド６、ＭＱＷコア５、サ
イドクラッド４、ＳｉＯ₂ 膜９を順次堆積したのち、Ｓ
ｉＯ₂ 膜９に窓あけをし、図２０のようにｐ−ＩｎＰク
ラッド３、ｐ⁺ −ＩｎＧａＡｓキャップ２を領域選択成
長技術により堆積したのち、ｐ側電極１とｎ側電極８を
形成する。これを実際に動作させるにはｐ側電極１とｎ
側電極８の間に逆バイアスを印加すればよく、これによ
り２本の光導波路の屈折率が量子閉じ込め効果（ＱＣＳ
Ｅ）に基づいて変化し、光スイッチング動作が生じるこ
とになる。領域選択成長技術はマスクの幅，形状または
膜質によってマスク近傍の堆積膜の厚さが異なることを
利用する技術であって、本発明者らによって、特願平３
−２４１５９０号として提案されている。FIG. 21 is a diagram for explaining a method of manufacturing the optical switch shown in FIG. As shown in FIG. 21, n ⁺ -InP
After the n-InP clad 6, the MQW core 5, the side clad 4, and the SiO ₂ film 9 are sequentially deposited on the substrate 7, S
A window is opened in the iO ₂ film 9, and the p-InP cladding 3 and the p ⁺ -InGaAs cap 2 are deposited by the area selective growth technique as shown in FIG. 20, and then the p-side electrode 1 and the n-side electrode 8 are formed. To actually operate this, p-side electrode 1 and n
It suffices to apply a reverse bias between the side electrodes 8, which causes the refractive indices of the two optical waveguides to have a quantum confinement effect (QCS).
E), and an optical switching operation will occur. The area selective growth technique is a technique that utilizes the fact that the thickness of the deposited film in the vicinity of the mask varies depending on the width, shape, or film quality of the mask.
It is proposed as No. 241590.

【０００４】さて、ｐ側電極１を形成するためにｐ⁺ −
ＩｎＧａＡｓキャップ２の幅Ｗ₁ を１．８μｍとする
と、ｐ−ＩｎＰクラッド３の高さＨが１．５μｍの場
合、その底辺の幅Ｗ₂ は３．９μｍとなる。このよう
に、リッジの底辺の幅が広くなると方向性結合器とし
て、低クロストークを実現するにはサイドクラッド４の
厚みＤが０．２μｍ以上と厚くなる（なぜなら、方向性
結合器として低クロストークであるためには、図２０の
構造において片側の光導波路が単一モード伝搬であるこ
とが不可欠であり、単一モード伝搬を実現するためには
サイドクラッド４の厚みＤをこの程度まで厚くする必要
がある）。その結果、ノンドープ層全体の厚み（この場
合には、ＭＱＷコア５の厚みとサイドクラッド４の厚み
の和）が厚くなり、光スイッチとしての駆動電圧が高く
なるという欠点があった。Now, in order to form the p-side electrode 1, p ⁺ -
Assuming that the width W ₁ of the InGaAs cap 2 is 1.8 μm, and the height H of the p-InP clad 3 is 1.5 μm, the width W _{2 of} its bottom side is 3.9 μm. As described above, when the width of the bottom of the ridge is increased, the side cladding 4 has a thickness D of 0.2 μm or more in order to realize low crosstalk as a directional coupler (because the directional coupler has a low crosstalk). To be talk, it is indispensable that the optical waveguide on one side in the structure of FIG. 20 is single mode propagation. To realize single mode propagation, the thickness D of the side clad 4 is increased to this extent. There is a need to). As a result, the total thickness of the non-doped layer (in this case, the sum of the thickness of the MQW core 5 and the thickness of the side cladding 4) becomes large, and there is a drawback that the drive voltage as an optical switch becomes high.

【０００５】一方、図１９から推測できるように、光ス
イッチ部ＩＩと光入出力部Ｉ、ＩＩＩの断面構造はほぼ
同じである。従って、光入出力部の導波光のスポットサ
イズは約１μｍ程度ときわめて小さく、通常の単一モー
ド光ファイバ（スポットサイズ＝約５μｍ）を光入出力
部に直接接続するとスポットサイズのミスマッチのため
９ｄＢ程度の接続損失を生じるという欠点があった。On the other hand, as can be inferred from FIG. 19, the optical switch section II and the optical input / output sections I and III have substantially the same sectional structure. Therefore, the spot size of the guided light in the optical input / output section is extremely small, about 1 μm, and if a normal single-mode optical fiber (spot size = about 5 μm) is directly connected to the optical input / output section, a spot size mismatch causes 9 dB. It has a drawback that it causes a connection loss of a certain degree.

【０００６】[0006]

【発明が解決しようとする課題】以上のように、領域選
択成長技術を用いたこの従来の方向性結合器形光スイッ
チでは光導波路の単一モード伝搬（方向性結合器として
の低クロストーク性）と低駆動電圧性を両立することは
困難であるという問題があった。また、半導体光導波路
とファイバとのスポットサイズが異なっているため、光
入出力部における結合損失が大きく、その結果、挿入損
失が増大するという欠点があった。As described above, in the conventional directional coupler type optical switch using the area selective growth technique, the single mode propagation of the optical waveguide (the low crosstalk property as the directional coupler is realized). ) And low driving voltage are both difficult to achieve. Further, since the semiconductor optical waveguide and the fiber have different spot sizes, there is a drawback that the coupling loss in the optical input / output section is large and, as a result, the insertion loss is increased.

【０００７】そこで、本発明の目的はこれらの問題を解
決し、光導波路の単一モード性すなわち低クロストーク
特性と低駆動電圧特性および挿入損失の点で優れた光ス
イッチとその製造方法を提供することにある。Therefore, an object of the present invention is to solve these problems, and provide an optical switch excellent in single mode property of an optical waveguide, that is, low crosstalk characteristics, low driving voltage characteristics, and insertion loss, and a manufacturing method thereof. To do.

【０００８】[0008]

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明による光デバイスは、基板と該基板上
に形成したクラッド層とコア層とを有する少なくとも２
本の光導波路と前記コアの屈折率を制御するために少な
くとも前記コアの上側の前記クラッドの少なくとも一部
を導電性クラッドとするとともに、前記コアの上側の前
記クラッドを領域選択成長技術により形成した光スイッ
チにおいて、導波光がおもに導波する領域における前記
コアの上側の前記導電性クラッドから前記コアまでの距
離がサイドクラッドの厚みよりも短いことを特徴とす
る。In order to achieve such an object, an optical device according to the present invention comprises at least a substrate, a clad layer formed on the substrate, and a core layer.
In order to control the refractive index of the optical waveguide and the core, at least a part of the clad above the core is made a conductive clad, and the clad above the core is formed by a region selective growth technique. In the optical switch, the distance from the conductive clad on the upper side of the core to the core in a region where guided light is mainly guided is shorter than the thickness of the side clad.

【０００９】ここで、光スイッチは、前記コアの上のい
ずれかの層がエッチストップ層であってもよい。Here, in the optical switch, any layer on the core may be an etch stop layer.

【００１０】さらに、前記コアの上の前記導電性クラッ
ドが少なくとも２つの層からなっていてもよい。Further, the conductive cladding on the core may consist of at least two layers.

【００１１】本発明による光スイッチの製造方法は、導
波光がおもに導波する領域のコア層の直上をウェットエ
ッチングもしくはドライエッチングの少なくとも一方を
用いてエッチングしたのち、前記コアの上側の前記導電
性クラッドを形成する工程を含むことを特徴とする。In the method for manufacturing an optical switch according to the present invention, the conductive layer above the core is etched after at least one of wet etching and dry etching is performed directly on the core layer in a region where guided light is mainly guided. It is characterized by including a step of forming a clad.

【００１２】さらに、本発明による光スイッチの製造方
法は、光スイッチ部近傍における導波光のスポットサイ
ズよりも光入出力部における導波光のスポットサイズを
大きくするために、光入出力部のコアの厚みもしくは幅
の少なくとも一方を光スイッチ部のコアの厚みもしくは
幅よりも小さくすることにより、前記光入出力部におけ
る領域選択成長用マスクの幅を前記光スイッチ部におけ
る領域選択成長用マスクの幅よりも広く形成することに
より、光入出力部のクラッドの厚みを光スイッチ部の前
記コア部の上部の前記クラッドの厚みよりも厚く形成す
る工程を含むことを特徴とする。Further, in the method for manufacturing an optical switch according to the present invention, in order to make the spot size of the guided light in the optical input / output unit larger than the spot size of the guided light in the vicinity of the optical switch unit, the core of the optical input / output unit is By making at least one of the thickness and the width smaller than the thickness or the width of the core of the optical switch unit, the width of the region selective growth mask in the light input / output unit is smaller than the width of the region selective growth mask in the optical switch unit. Also, the step of forming the cladding of the optical input / output portion to be thicker than the thickness of the cladding of the upper portion of the core portion of the optical switch portion is included.

【００１３】[0013]

【作用】本発明によれば、サイドクラッドの厚みを導電
性クラッドとコアの距離より厚くするとともにコアの直
上まで導電性のクラッドを形成するため、製作性の再現
性がよい領域選択成長技術を用いてリッジを形成する場
合に、光導波路の単一モード性と低駆動電圧性を両立す
るとともに、光ファイバとの結合損失を低減した低損失
光スイッチを提供することができる。According to the present invention, the thickness of the side clad is made thicker than the distance between the conductive clad and the core, and the conductive clad is formed right above the core. When a ridge is formed by using the ridge, it is possible to provide a low loss optical switch that achieves both a single mode property of an optical waveguide and a low driving voltage property and that reduces a coupling loss with an optical fiber.

【００１４】[0014]

【実施例】以下に図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

【００１５】ここで、光導波路が方向性結合器を構成す
る場合を例にとって本発明の光スイッチの製造、主とし
て手順を図１〜図４にもとづいて述べ、その説明の中で
本発明の構造について述べる。Here, the production of the optical switch of the present invention, mainly the procedure, will be described with reference to FIGS. 1 to 4 by taking the case where the optical waveguide constitutes a directional coupler as an example, and in the description, the structure of the present invention will be described. I will describe.

【００１６】（実施例１） （１）図１のように、ｎ⁺ −ＩｎＰ基板７の上にｎ−Ｉ
ｎＰクラッド６、ＭＷコア５（例えば、λｇ＝１．３μ
ｍ、但しその他の波長でもよい）、厚さ０．１μｍのｉ
−ＩｎＰ層１２、ｉ−ＩｎＧａＡｓＰエッチストップ層
１１、厚さ０．１４μｍのｉ−ＩｎＰサイドクラッド層
１０、ＳｉＯ₂ 膜９を順次堆積したのち、フォトレジス
ト１３をスピンコートする。Example 1 (1) As shown in FIG. 1, n-I is formed on an n ⁺ -InP substrate 7.
nP clad 6, MW core 5 (for example, λg = 1.3μ
m, but other wavelengths may be used), i with a thickness of 0.1 μm
An InP layer 12, an i-InGaAsP etch stop layer 11, an i-InP side cladding layer 10 having a thickness of 0.14 μm, and a SiO ₂ film 9 are sequentially deposited, and then a photoresist 13 is spin-coated.

【００１７】（２）図２に示すようにフォトレジスト１
３をパターニングしたのち、図のようにＳｉＯ₂ マスク
とサイドクラッド層１０をエッチングする。この時、サ
イドクラッド層１０のエッチングについては、ドライエ
ッチングでもよいが、ここで説明している長波長系半導
体の場合には、塩酸系のエッチストップを用いることに
より、ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ層１１をエッチングを止める
エッチストップ層として機能させ、ｉ−ＩｎＰサイドク
ラッド層１０のみをウェットエッチングし、正確に除去
することができる。また、この場合、エッチストップ層
１１はその厚みが１０ｎｍ程度であるため、これを次
に、硫酸系のエッチャントでエッチングし、除去しても
特性上問題ない。(2) Photoresist 1 as shown in FIG.
After patterning 3, the SiO ₂ mask and the side cladding layer 10 are etched as shown in the figure. At this time, the side clad layer 10 may be etched by dry etching, but in the case of the long wavelength semiconductor described here, the i-InGaAsP layer 11 is etched by using a hydrochloric acid etch stop. The i-InP side cladding layer 10 alone can be wet-etched and accurately removed by functioning as an etch stop layer for stopping the etching. Further, in this case, since the etch stop layer 11 has a thickness of about 10 nm, there is no problem in characteristics even if the etch stop layer 11 is subsequently etched with a sulfuric acid-based etchant and removed.

【００１８】（３）フォトレジスト１３を再度露光し、
図３のようにフォトレジストの窓を少し広くあける。フ
ォトレジスト１３をマスクにして、このあけた窓の形状
にＳｉＯ₂ マスク９をエッチングする。(3) The photoresist 13 is exposed again,
Open the photoresist window a little wider as shown in FIG. Using the photoresist 13 as a mask, the SiO ₂ mask 9 is etched in the shape of the opened window.

【００１９】（４）フォトレジスト１３を除去したの
ち、工程（３）で形成したＳｉＯ₂ マスクパターンに沿
って、導電性のｐ−ＩｎＰクラッド１４、ｐ⁺ −ＩｎＧ
ａＡｓキャップ２を領域選択成長技術により形成したの
ち、ｐ側電極１とｎ側電極８を形成すれば、本発明の方
向性結合器形光スイッチができあがる。実際にはｐ側電
極１−ｎ側電極８間に逆バイアスを印加すればＱＣＳＥ
により屈折率が変化して光スイッチングが生じる。(4) After removing the photoresist 13, the conductive p-InP cladding 14 and p ⁺ -InG are formed along the SiO ₂ mask pattern formed in the step (3).
If the p-side electrode 1 and the n-side electrode 8 are formed after the aAs cap 2 is formed by the area selective growth technique, the directional coupler type optical switch of the present invention is completed. Actually, if a reverse bias is applied between the p-side electrode 1 and the n-side electrode 8, QCSE
Due to this, the refractive index changes and optical switching occurs.

【００２０】図５に本発明の第１の実施例の斜視図であ
って、表面のＳｉＯ₂ マスクは除去されている。ここ
で、Ｉ、ＩＩＩは各々光の入出力部、ＩＩは光スイッチ
部である。図４は図５のＡ−Ａ′での断面図に相当す
る。FIG. 5 is a perspective view of the first embodiment of the present invention, in which the SiO ₂ mask on the surface is removed. Here, I and III are light input / output units, and II is an optical switch unit. FIG. 4 corresponds to a sectional view taken along the line AA ′ in FIG.

【００２１】従来例である図２０と本発明の実施例であ
る図４を比較するとわかるように、サイドクラッドの全
厚み（図２０ではサイドクラッド層４の厚み０．２５μ
ｍ、図４ではサイドクラッド層１０、エッチストップ層
１１、ｉ−ＩｎＰ層１２の厚みの和０．２５μｍ）は同
じである。従って、ｐ−ＩｎＰクラッド１４の幅は広い
にも関わらず、光導波路としては単一モード伝搬が実現
できる。しかしながら、本発明では従来例と比較して、
サイドクラッド層１０の厚み分（エッチストップ層１１
を除去していれば、エッチストップ層の厚みの分も入
る）だけ、サイドクラッドとして機能するノンドープ層
の厚みが薄い。換言すれば、導電性クラッド１４とコア
５の距離はサイドクラッド（サイドクラッド層１０，エ
ッチストップ層１１およびｉ−ＩｎＰ層１２を含むノン
ドープ層）の厚みより短い。従って、従来例と比較して
本発明ではＭＱＷ層５内の内部電界強度が高くなり駆動
電圧を低くできることになる。また、光スイッチ部ＩＩ
におけるＭＱＷコア５のバンドギャップ波長よりも光入
出力部Ｉ、ＩＩＩのバンドギャップ波長を短く設定すれ
ば、光の入出力部における光の基礎吸収を抑圧でき、低
損失な光スイッチを実現できる。As can be seen by comparing FIG. 20 showing the conventional example with FIG. 4 showing the example of the present invention, the total thickness of the side clad (in FIG. 20, the thickness of the side clad layer 4 is 0.25 μm).
m, the sum of the thicknesses of the side cladding layer 10, the etch stop layer 11, and the i-InP layer 12 in FIG. 4 (0.25 μm) is the same. Therefore, although the width of the p-InP clad 14 is wide, single mode propagation can be realized as an optical waveguide. However, in the present invention, compared with the conventional example,
The thickness of the side clad layer 10 (etch stop layer 11
Is removed, the thickness of the non-doped layer that functions as the side cladding is thin by the amount corresponding to the thickness of the etch stop layer. In other words, the distance between the conductive cladding 14 and the core 5 is shorter than the thickness of the side cladding (non-doped layer including the side cladding layer 10, the etch stop layer 11 and the i-InP layer 12). Therefore, in the present invention, the internal electric field strength in the MQW layer 5 is increased and the drive voltage can be lowered as compared with the conventional example. Also, the optical switch unit II
If the bandgap wavelengths of the optical input / output units I and III are set to be shorter than the bandgap wavelength of the MQW core 5 in 1, the basic absorption of light in the optical input / output unit can be suppressed and a low-loss optical switch can be realized.

【００２２】（実施例２）図６は本発明の第２の実施例
の断面図である。製造工程は実施例１とほぼ同じである
が、上記の工程（２）において、サイドクラッド層１５
にエッチストップ層を設けていないので、ドライエッチ
ングもしくはウェットエッチングにより、サイドクラッ
ド層１５をある程度エッチングする。その他の工程は導
電性のｐ−ＩｎＰクラッド１４の形成法を含め同じであ
る。(Embodiment 2) FIG. 6 is a sectional view of a second embodiment of the present invention. The manufacturing process is almost the same as that of the first embodiment, except that in the above step (2), the side cladding layer 15
Since no etch stop layer is provided on the side cladding layer 15, the side cladding layer 15 is etched to some extent by dry etching or wet etching. The other steps are the same including the method of forming the conductive p-InP clad 14.

【００２３】（実施例３）図７は本発明の第３の実施例
の斜視図であり、図８は図７のＡ−Ａ′に沿った断面図
である。ここで１７は導電性のｐ−ＩｎＰクラッドであ
り、１６はノンドープのｉ−ＩｎＰである。この実施例
ではクラッドの一部であるｉ−ＩｎＰ１６は導電媒質を
含まないために、フリーキャリアによる吸収を抑えるこ
とができ、導波光の伝搬損失を小さくすることができ
る。(Embodiment 3) FIG. 7 is a perspective view of a third embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a sectional view taken along the line AA 'in FIG. Here, 17 is a conductive p-InP clad, and 16 is non-doped i-InP. In this embodiment, since the i-InP16, which is a part of the clad, does not contain a conductive medium, absorption by free carriers can be suppressed and the propagation loss of guided light can be reduced.

【００２４】（実施例４）図９は本発明の第４の実施例
の斜視図であり、図１０は図９のＡ−Ａ′に沿う断面図
である。図中、ＩとＩＩＩが光の入出力部、ＩＶの部分
すなわち１８は３ｄＢカップラ部、ＩＩはスイッチ部で
あり、マッハツェンダ干渉系形の光スイッチである。ス
イッチ部ＩＩにおいては、２本の光導波路が互いに結合
しないように、２本のリッジ１４間の距離を離してい
る。この動作原理について簡単に述べる。入力部Ｉから
入った導波光は３ｄＢカップラ部１８で等しいパワーに
等分される。次に、２本のスイッチ部を伝搬したのち、
出力側の３ｄＢカップラ部で合波され、出力部ＩＩＩの
光導波路から出射される。この時、スイッチ部において
伝搬する光の位相が互いに同相である場合と電界を印加
したことにより逆相となった場合とで出力部ＩＩＩの出
射ポートを異ならしめることができ、スイッチング動作
が可能となる。(Embodiment 4) FIG. 9 is a perspective view of a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a sectional view taken along the line AA 'in FIG. In the figure, I and III are light input / output portions, IV portion, that is, 18 is a 3 dB coupler portion, and II is a switch portion, which is a Mach-Zehnder interference system type optical switch. In the switch section II, the two ridges 14 are separated from each other so that the two optical waveguides are not coupled to each other. The principle of this operation will be briefly described. The guided light input from the input section I is equally divided into equal power by the 3 dB coupler section 18. Next, after propagating through the two switch parts,
The light is multiplexed by the 3 dB coupler on the output side and emitted from the optical waveguide of the output section III. At this time, the output ports of the output section III can be made different depending on whether the phases of the light propagating in the switch section are in phase with each other or when the phases are opposite to each other due to the application of the electric field, thus enabling the switching operation. Become.

【００２５】（実施例５）基板として半絶縁性基板を用
いることにより、フリーキャリアによる吸収を抑えるこ
とができ、光の伝搬損失を低減することができる。図１
１および図１２は本発明の第５の実施例の斜視図および
そのＡ−Ａ′に沿った断面図である。この実施例は基板
として半絶縁性ＩｎＰ基板１９を第１の実施例に適用し
たものである。なお、半絶縁性ＩｎＰ基板は上記のその
他の実施例に適用することも可能である。(Embodiment 5) By using a semi-insulating substrate as the substrate, absorption by free carriers can be suppressed, and light propagation loss can be reduced. Figure 1
1 and 12 are a perspective view of a fifth embodiment of the present invention and a sectional view taken along the line AA '. In this embodiment, a semi-insulating InP substrate 19 is applied as the substrate to the first embodiment. The semi-insulating InP substrate can also be applied to the other embodiments described above.

【００２６】（実施例６）また、光の入出力部のコア層
に光スイッチ部のバンドギャップ波長よりも短い材料
（例えばλｇ＝１．３μｍのＩｎＧａＡｓＰ）をＢＵＴ
Ｔ−ＪＯＩＮＴする、あるいは光入出力部における領域
選択成長用マスクの幅を狭くすることにより、光入出力
部のＭＱＷコアのバンドギャップ波長を光スイッチ部の
ＭＱＷコアのバンドギャップ波長よりも短波長化するこ
とにより挿入損失を低減した光スイッチを実現できる。(Embodiment 6) Further, a material (for example, InGaAsP with λg = 1.3 μm) shorter than the bandgap wavelength of the optical switch portion is BUT in the core layer of the light input / output portion.
By performing T-joint or narrowing the width of the region selective growth mask in the optical input / output unit, the bandgap wavelength of the MQW core of the optical input / output unit is shorter than that of the MQW core of the optical switch unit. Optical switch with reduced insertion loss can be realized.

【００２７】次に、本発明の第６の実施例の製造法を図
１３〜図１７にもとづいて説明する。Next, a manufacturing method according to the sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【００２８】（１）まず、ｎ⁺ −ＩｎＰ基板７の上に、
ｎ−ＩｎＰクラッド層６、ｉ−ＭＱＷ層５、ｉ−ＩｎＰ
層１２を順次結晶成長させたのちＳｉＯ₂ マスク９を堆
積させ、そののちフォトレジスト１３をチップ上面の全
面にスピンコートする。(1) First, on the n ⁺ -InP substrate 7,
n-InP clad layer 6, i-MQW layer 5, i-InP
After the layers 12 are sequentially crystallized, a SiO ₂ mask 9 is deposited, and then a photoresist 13 is spin-coated on the entire upper surface of the chip.

【００２９】（２）図１３のようにフォトレジスト１３
をパターニングし、ＳｉＯ₂ マスク９、ｉ−ＩｎＰ層１
２、ｉ−ＭＱＷ層５をエッチングし、除去する。(2) Photoresist 13 as shown in FIG.
Is patterned, and the SiO ₂ mask 9 and the i-InP layer 1 are patterned.
2. The i-MQW layer 5 is etched and removed.

【００３０】（３）フォトレジスト１３を除去したの
ち、図１４のようにｉ−ＩｎＧａＡｓＰ層２０、ｉ−Ｉ
ｎＰ層１２をＭＱＷ層５とその直上のｉ−ＩｎＰ層１２
にＢＵＴＴ−ＪＯＩＮＴする。(3) After removing the photoresist 13, the i-InGaAsP layers 20 and i-I are formed as shown in FIG.
The nP layer 12 is the MQW layer 5 and the i-InP layer 12 immediately above the MQW layer 5.
BUTT-join.

【００３１】（４）次に、ＳｉＯ₂ マスク９を除去し、
図１５のようにｉ−ＩｎＧａＡｓＰエッチストップ層
１、ｉ−ＩｎＰサイドクラッド層１０を堆積したのち、
フォトレジスト２１をチップ上面にスピンコートしたの
ち、図１５のようにパターニングする。(4) Next, the SiO ₂ mask 9 is removed,
After depositing the i-InGaAsP etch stop layer 1 and the i-InP side cladding layer 10 as shown in FIG.
After the photoresist 21 is spin-coated on the upper surface of the chip, patterning is performed as shown in FIG.

【００３２】（５）このフォトレジスト２１をマスクと
して、図１６のようにエッチングする。ここで、Ｉは光
の入力部、ＩＩはスイッチ部、ＩＩＩは光の出力部に対
応する。なお、導波光のスポットサイズを広げるため、
Ｉ，ＩＩＩの領域におけるｉ−ＩｎＧａＡｓ層２０の先
端の幅はＩＩの近傍の幅よりも狭くしている。ここで。
さらに図４に示した本発明の第１の実施例と同様に、駆
動電圧を低減するため、光スイッチ部のサイドクラッド
層１０をエッチングしておく。(5) Using this photoresist 21 as a mask, etching is performed as shown in FIG. Here, I corresponds to a light input unit, II corresponds to a switch unit, and III corresponds to a light output unit. In addition, in order to increase the spot size of the guided light,
The width of the tip of the i-InGaAs layer 20 in the regions I and III is narrower than the width in the vicinity of II. here.
Further, similarly to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 4, in order to reduce the driving voltage, the side cladding layer 10 of the optical switch section is etched.

【００３３】（６）スイッチ部に電圧を印加するための
ＩｎＰクラッドと光入出力部のＩｎＰクラッドを形成す
るための領域選択成長用のＳｉＯ₂ マスクを図１６のチ
ップを形成した場合の上面図を図１７に示す。領域選択
成長においては、ＳｉＯ₂ マスク２２のない場所にＩｎ
Ｐクラッドが成長するが、ＳｉＯ₂ マスク上に来たＩｎ
Ｐ原子はＳｉＯ₂ マスクの上には付着せず、ＳｉＯ₂ マ
スクのない場所へと移動する。従って、図１７のよう
に、光スイッチ部ＩＩのＳｉＯ₂ マスク２２の幅Ｗ₁₁よ
りも光入出力端におけるマスク幅Ｗ₁ 、Ｗ₁₁₁ を極めて
広くしておけば、光スイッチ部のＩｎＰクラッド１４の
厚みよりも、光入出力端のＩｎＰクラッド２３の厚みを
数倍（３から４倍）厚く形成できる。つまり、スイッチ
部でのＩｎＰクラッド１４の厚みを１．５μｍとする
と、光入出力部では４．５〜６μｍとなる。光入出力部
Ｉ，ＩＩＩにおいては、導波光のスポットサイズが約５
μｍ程度と大きいので、厚いクラッドが必要となるが、
この製造方法により１回のＩｎＰクラッドの結晶成長で
光スイッチ部と光入出力部のクラッドを形成できる。も
ちろん、光スイッチ部ＩＩと光入出力部Ｉ，ＩＩＩのＩ
ｎＰクラッドを２回に分けて成長してもよく、この場合
には光入出力部にはノンドープあるいはＦｅドープのＩ
ｎＰを成長でき、フリーキャリアによる吸収損失を低減
できる。このあと、ｐ⁺ −ＩｎＰＧａＡｓキャップ層２
を成長するとともに、ｐ側とｎ側の電極１、８を形成し
て低光結合損失光スイッチが実現される（但し、光入出
力部Ｉ、ＩＩＩ部のキャップ層は除去している）。その
構造の斜視図を図１８に示す。なお、図１７からわかる
ように、ＳｉＯ₂ マスクの外側にもＩｎＰクラッドが成
長するが、光入出力部や、光スイッチ部を導波する導波
光には影響しない程度に離れるように設計しているの
で、図１８ではそのクラッドは省略して図示している。(6) Top view of the case where the chip of FIG. 16 is formed with the SiO ₂ mask for area selective growth for forming the InP clad for applying a voltage to the switch section and the InP clad for the light input / output section. Is shown in FIG. In the region selective growth, In the locations where there is no SiO ₂ mask 22
Although the P-clad grows, the In that comes on the SiO ₂ mask
P atoms do not adhere to the top of the SiO ₂ mask, moved to no SiO ₂ mask location. Therefore, as shown in FIG. 17, if the mask widths W ₁ and W ₁₁₁ at the light input / output end are made extremely wider than the width W ₁₁ of the SiO ₂ mask 22 of the optical switch section II, the InP clad 14 of the optical switch section 14 is formed. The thickness of the InP clad 23 at the light input / output end can be formed to be several times (three to four times) thicker than the above thickness. That is, assuming that the thickness of the InP clad 14 in the switch section is 1.5 μm, the thickness becomes 4.5 to 6 μm in the light input / output section. In the light input / output sections I and III, the spot size of the guided light is about 5
Since it is as large as μm, a thick clad is required,
With this manufacturing method, the cladding of the optical switch portion and the optical input / output portion can be formed by performing the crystal growth of the InP cladding once. Of course, the optical switch section II and the optical input / output sections I and III
The nP clad may be grown in two steps. In this case, the light input / output portion is either undoped or Fe-doped I
nP can be grown and absorption loss due to free carriers can be reduced. After this, the p ⁺ -InP GaAs cap layer 2
And the electrodes 1 and 8 on the p-side and the n-side are formed to realize a low optical coupling loss optical switch (however, the cap layers of the optical input / output portions I and III are removed). A perspective view of the structure is shown in FIG. As can be seen from FIG. 17, although the InP clad grows outside the SiO ₂ mask, the InP clad is designed to be separated so that it does not affect the guided light guided through the optical input / output section and the optical switch section. Therefore, the clad is omitted in FIG.

【００３４】以上の説明においてクラッドとしてＩｎＰ
を用いた例について説明したが、例えばＩｎＡｌＡｓな
どのその他の材料でもよいし、ＩｎＡｌＡｓとＩｎＰな
ど異種材料の組合わせでもよい。また、ＭＱＷ層として
はＩｎＧａＡｓをウェルに、ＩｎＡｌＡｓをバリアに用
いた例について説明したが、その他の材料でもよいこと
は言うまでもない。さらに、順バイアスを印加すること
により、電流を注入して屈折率を変化させても、光スイ
ッチングを行うことができる。さらに光スイッチ部ＩＩ
と光入出力部Ｉ、ＩＩＩのクラッドはその間に分離溝を
設けるなどにより、互いに電気的に分離してもよいこと
は言うまでもない。In the above description, InP is used as the cladding.
However, other materials such as InAlAs may be used, or a combination of different materials such as InAlAs and InP may be used. Further, as the MQW layer, the example in which InGaAs is used for the well and InAlAs is used for the barrier has been described, but it goes without saying that other materials may be used. Further, by applying a forward bias, optical switching can be performed even if a current is injected to change the refractive index. Furthermore, optical switch unit II
It goes without saying that the clads of the light input / output sections I and III may be electrically separated from each other by providing a separation groove between them.

【００３５】なお、導波路の曲がり部においては、領域
選択成長により形成するクラッドの幅を広くすることに
より光の横方向の閉じ込めを強くする、あるいはクラッ
ドを互いにオフセットさせるなどにより曲げ損失を低減
できることは言うまでもない。なお、これらは領域選択
成長用マスクにおいて、クラッドを成長させるためのパ
ターンを広くする、あるいはオフセットさせるなどによ
り容易に実現することができる。In the bent portion of the waveguide, the lateral confinement of light can be strengthened by widening the width of the clad formed by region selective growth, or the bending loss can be reduced by offsetting the clads from each other. Needless to say. These can be easily realized by widening or offsetting the pattern for growing the clad in the area selective growth mask.

【００３６】[0036]

【発明の効果】以上述べたように、製作の再現性がよい
領域選択成長技術を用いてリッジを形成する場合に、光
導波路の単一モード性と低駆動電圧性を両立するととも
に外部光ファイバとの結合損失を低減した低損失光スイ
ッチを提供することができる。As described above, when the ridge is formed by using the area selective growth technique which has good reproducibility of fabrication, the single mode property of the optical waveguide and the low driving voltage property are compatible with each other and the external optical fiber is used. It is possible to provide a low loss optical switch with reduced coupling loss with.

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

【図１】本発明の第１の実施例の製作を説明するための
断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining manufacture of a first embodiment of the present invention.

【図２】本発明の第１の実施例の製作を説明するための
断面図である。FIG. 2 is a sectional view for explaining the manufacture of the first embodiment of the present invention.

【図３】本発明の第１の実施例の製作を説明するための
断面図である。FIG. 3 is a sectional view for explaining the manufacture of the first embodiment of the present invention.

【図４】本発明の第１の実施例の製作を説明するための
断面図である。FIG. 4 is a sectional view for explaining the manufacture of the first embodiment of the present invention.

【図５】第１の実施例の斜視図である。FIG. 5 is a perspective view of the first embodiment.

【図６】本発明の第２の実施例の断面図である。FIG. 6 is a sectional view of the second embodiment of the present invention.

【図７】第３の実施例の斜視図である。FIG. 7 is a perspective view of a third embodiment.

【図８】第３の実施例の断面図である。FIG. 8 is a sectional view of a third embodiment.

【図９】第４の実施例の斜視図である。FIG. 9 is a perspective view of a fourth embodiment.

【図１０】第４の実施例の断面図である。FIG. 10 is a sectional view of a fourth embodiment.

【図１１】第５の実施例の斜視図である。FIG. 11 is a perspective view of a fifth embodiment.

【図１２】第５の実施例の断面図である。FIG. 12 is a sectional view of a fifth embodiment.

【図１３】本発明の第６の実施例の製造法を説明する断
面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view explaining the manufacturing method of the sixth embodiment of the present invention.

【図１４】本発明の第６の実施例の製造法を説明する断
面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view explaining the manufacturing method of the sixth embodiment of the present invention.

【図１５】本発明の第６の実施例の製造法を説明する斜
視図である。FIG. 15 is a perspective view illustrating the manufacturing method according to the sixth embodiment of the present invention.

【図１６】本発明の第６の実施例の製造法を説明する斜
視図である。FIG. 16 is a perspective view illustrating a manufacturing method according to the sixth embodiment of the present invention.

【図１７】本発明の第６の実施例の製造法を説明する部
分平面図である。FIG. 17 is a partial plan view explaining the manufacturing method of the sixth embodiment of the present invention.

【図１８】本発明の第６の実施例の斜視図である。FIG. 18 is a perspective view of a sixth embodiment of the present invention.

【図１９】従来例の斜視図である。FIG. 19 is a perspective view of a conventional example.

【図２０】（Ａ）は従来例の断面図、（Ｂ）は屈折率分
布図である。20A is a sectional view of a conventional example, and FIG. 20B is a refractive index distribution diagram.

【図２１】従来の実施例の製造法を説明する断面図であ
る。FIG. 21 is a cross-sectional view illustrating the manufacturing method of the conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ ｐ側電極 ２ ｐ⁺ −ＩｎＧａＡｓキャップ ３ ｐ−ＩｎＰクラッド ４ ｉ−ＩｎＰサイドクラッド ５ ｉ−ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓＭＱＷコア ６ ｎ−ＩｎＰクラッド ７ ｎ⁺ −ＩｎＰ基板 ８ ｎ側電極 ９ ＳｉＯ₂ 膜 １０ ｉ−ＩｎＰサイドクラッド層 １１ ｉ−ＩｎＧａＡｓＰエッチストップ層 １２ ｉ−ＩｎＰ層 １３ フォトレジスト １４ ｐ−ＩｎＰクラッド １５ ｉ−ＩｎＰサイドクラッド １６ ｉ−ＩｎＰクラッド １７ ｐ−ＩｎＰクラッド １８ ３ｄＢカプラを構成するためのＩｎＰリッジ １９ 半絶縁性ＩｎＰ基板 ２０ ｉ−ＩｎＧａＡｓＰコア ２１ フォトレジスト ２２ フォトレジスト ２２ ＳｉＯ₂ 膜 ２３ ＩｎＰクラッド1 p-side electrode 2 p ⁺ -InGaAs cap 3 p-InP cladding 4 i-InP-side cladding 5 i-InGaAs / InAlAsMQW core 6 n-InP cladding 7 n ⁺ -InP substrate 8 n-side electrode 9 SiO ₂ film 10 i- InP side clad layer 11 i-InGaAsP etch stop layer 12 i-InP layer 13 photoresist 14 p-InP clad 15 i-InP side clad 16 i-InP clad 17 p-InP clad 18 3 dB InP ridge for configuring a coupler 19 semi-insulating InP substrate 20 i-InGaAsP core 21 photoresist 22 photoresist 22 SiO ₂ film 23 InP clad

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 基板と該基板上に形成したクラッド層と
コア層とを有する少なくとも２本の光導波路と前記コア
の屈折率を制御するために少なくとも前記コアの上側の
前記クラッドの少なくとも一部を導電性クラッドとする
とともに、前記コアの上側の前記クラッドを領域選択成
長技術により形成した光スイッチにおいて、導波光がお
もに導波する領域における前記コアの上側の前記導電性
クラッドから前記コアまでの距離がサイドクラッドの厚
みよりも短いことを特徴とする光スイッチ。1. At least two optical waveguides each having a substrate, a clad layer formed on the substrate, and a core layer, and at least a part of the clad above the core for controlling a refractive index of the core. A conductive clad, and an optical switch in which the clad on the upper side of the core is formed by a region selective growth technique, from the conductive clad on the upper side of the core to the core in a region where guided light is mainly guided. An optical switch whose distance is shorter than the thickness of the side cladding. 【請求項２】 請求項１に記載の光スイッチにおいて、
前記コアの上のいずれかの層がエッチストップ層である
ことを特徴とする光スイッチ。2. The optical switch according to claim 1, wherein
An optical switch, wherein any layer on the core is an etch stop layer. 【請求項３】 請求項１または２に記載の光スイッチに
おいて、前記コアの上の前記導電性クラッドが少なくと
も２つの層からなることを特徴とする光スイッチ。3. The optical switch according to claim 1, wherein the conductive clad on the core is composed of at least two layers. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の光
スイッチを製造する方法において、導波光がおもに導波
する領域のコア層の直上の一部をエッチングしたのち、
前記コアの上側の前記導電性クラッドを形成する工程を
含むことを特徴とする光スイッチの製造方法。4. The method of manufacturing an optical switch according to claim 1, wherein a part of the core layer in a region where the guided light is mainly guided is directly etched,
A method of manufacturing an optical switch, comprising the step of forming the conductive clad on the upper side of the core. 【請求項５】 請求項１ないし３のいずれかに記載の光
スイッチを製造する方法において、光スイッチ部近傍に
おける導波光のスポットサイズよりも光入出力部におけ
る導波光のスポットサイズを大きくするために、光入出
力部のコアの厚みもしくは幅の少なくとも一方を光スイ
ッチ近傍のコアの厚みもしくは幅よりも小さく形成する
工程と、前記光入出力部における領域選択成長用マスク
の幅を前記光スイッチ部近傍における領域選択成長用マ
スクの幅よりも広く形成することにより、光入出力部の
クラッドの厚みを光スイッチ部近傍の前記コア部の上部
の前記クラッドの厚みよりも厚く形成する工程を含むこ
とを特徴とする光スイッチの製造方法。5. The method of manufacturing an optical switch according to claim 1, wherein the spot size of the guided light in the optical input / output section is larger than the spot size of the guided light in the vicinity of the optical switch section. The step of forming at least one of the thickness and width of the core of the optical input / output portion smaller than the thickness or width of the core near the optical switch, and the width of the region selective growth mask in the optical input / output portion is set to the optical switch. And forming the thickness of the cladding of the optical input / output portion thicker than the thickness of the cladding above the core portion in the vicinity of the optical switch portion by forming the cladding for forming a region selective growth layer in the vicinity of the optical switch portion. An optical switch manufacturing method characterized by the above.