JPH0720506A - 光スイッチ及びその製造方法 - Google Patents
光スイッチ及びその製造方法Info
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- JPH0720506A JPH0720506A JP5160629A JP16062993A JPH0720506A JP H0720506 A JPH0720506 A JP H0720506A JP 5160629 A JP5160629 A JP 5160629A JP 16062993 A JP16062993 A JP 16062993A JP H0720506 A JPH0720506 A JP H0720506A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 スイッチ部におけるON/OFF比を高くで
き、しかも、導波路とスイッチ部の境界における信号光
の通過損失が無く、かつ、信号光が導波路を導波してい
く過程で生ずる信号光の吸収損失が小さい光スイッチ及
びその製造方法を得る。 【構成】 導波路2A〜2Cの光導波層を多重量子井戸
層31で形成し、該多重量子井戸層31のスイッチ部3
0a,30bとなる部分31′の厚みを他の部分の厚み
より厚くして、そのエネルギーバンドギャップを信号光
のエネルギーより小さくならない範囲で上記他の部分の
それよりも小さくする。
き、しかも、導波路とスイッチ部の境界における信号光
の通過損失が無く、かつ、信号光が導波路を導波してい
く過程で生ずる信号光の吸収損失が小さい光スイッチ及
びその製造方法を得る。 【構成】 導波路2A〜2Cの光導波層を多重量子井戸
層31で形成し、該多重量子井戸層31のスイッチ部3
0a,30bとなる部分31′の厚みを他の部分の厚み
より厚くして、そのエネルギーバンドギャップを信号光
のエネルギーより小さくならない範囲で上記他の部分の
それよりも小さくする。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、光スイッチ及びその
製造方法に関し、特に信号光が導波路を導波する過程で
の吸収損失が少なく、かつ、ON/OFF比の高いスイ
ッチ部を備えた光スイッチ及びその製造方法に関するも
のである。
製造方法に関し、特に信号光が導波路を導波する過程で
の吸収損失が少なく、かつ、ON/OFF比の高いスイ
ッチ部を備えた光スイッチ及びその製造方法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】図18,図19は雑誌IEEE PHOTONICS T
ECHNOLOGY LETTERS(Vol.2,No.3,p.214〜215,1990) に示
された従来の光スイッチの構成を概略的に示した斜視図
と上面図であり、図において、180は光スイッチで、
これは、その裏面に電極15が形成されたn型InP基
板1上に、波長1.15μmに対応するエネルギーバン
ドギャップを有するInGaAsP光導波層23を光導
波層とする導波路2a〜2cが形成され、導波路2aと
導波路2bの交差する部分の導波路2a側にスイッチ部
3aが、導波路2cと導波路2bの交差する部分の導波
路2c側にスイッチ部3bがそれぞれ形成され、導波路
2bに光増幅部17が形成されて、構成されている。図
中、4〜6は信号光を示す矢印、8はスイッチ部3a,
スイッチ部3b及び光増幅部17を構成する電極であ
る。
ECHNOLOGY LETTERS(Vol.2,No.3,p.214〜215,1990) に示
された従来の光スイッチの構成を概略的に示した斜視図
と上面図であり、図において、180は光スイッチで、
これは、その裏面に電極15が形成されたn型InP基
板1上に、波長1.15μmに対応するエネルギーバン
ドギャップを有するInGaAsP光導波層23を光導
波層とする導波路2a〜2cが形成され、導波路2aと
導波路2bの交差する部分の導波路2a側にスイッチ部
3aが、導波路2cと導波路2bの交差する部分の導波
路2c側にスイッチ部3bがそれぞれ形成され、導波路
2bに光増幅部17が形成されて、構成されている。図
中、4〜6は信号光を示す矢印、8はスイッチ部3a,
スイッチ部3b及び光増幅部17を構成する電極であ
る。
【0003】一方、図20〜図22は上記図19のXX−
XX線,XXI −XXI 線及びXXII−XXII線における断面図で
あり、図20は上記導波路2cの内部構造を示し、図2
1は上記スイッチ部3aの内部構造を示し、図22は増
幅部17の内部構造を示している。尚、上記導波路2
a,2bの内部構造は図20に示す導波路2cのそれと
同じであり、また、上記スイッチ部3bの内部構造は図
21に示すスイッチ部3aのそれと同じである。
XX線,XXI −XXI 線及びXXII−XXII線における断面図で
あり、図20は上記導波路2cの内部構造を示し、図2
1は上記スイッチ部3aの内部構造を示し、図22は増
幅部17の内部構造を示している。尚、上記導波路2
a,2bの内部構造は図20に示す導波路2cのそれと
同じであり、また、上記スイッチ部3bの内部構造は図
21に示すスイッチ部3aのそれと同じである。
【0004】以下、図20〜22により上記各部の内部
構造を詳しく説明する。導波路2a〜2cにおけるスイ
ッチ部3a,3bとスイッチ部3a,3b以外の他の導
波路部分の半導体層の層構成は基本的に同じであり、こ
れら半導体層は、n型InP基板1上に形成されたIn
GaAsP光導波層12と、該InGaAsP光導波層
12上に形成され、該InGaAsP光導波層12とと
もに所定幅にパターニングされたp型InPクラッド層
9及びInGaAsPキャップ層10から構成されてい
る。そして、スイッチ部3a,3bでは、図21に示す
ように、InGaAsPキャップ層10の上面に所定幅
の電極8が形成され、InGaAsPキャップ層10の
上記電極8が形成されていない部分と、InGaAsP
光導波層12及びP−InPクラッド層9の露出面がS
iO2 膜からなる絶縁膜11で覆われ、スイッチ部3
a,3b以外の導波路部分では、InGaAsPキャッ
プ層10,InGaAsP光導波層12及びP−InP
クラッド層9の露出面全てがSiO2 膜からなる絶縁膜
11で覆われている。
構造を詳しく説明する。導波路2a〜2cにおけるスイ
ッチ部3a,3bとスイッチ部3a,3b以外の他の導
波路部分の半導体層の層構成は基本的に同じであり、こ
れら半導体層は、n型InP基板1上に形成されたIn
GaAsP光導波層12と、該InGaAsP光導波層
12上に形成され、該InGaAsP光導波層12とと
もに所定幅にパターニングされたp型InPクラッド層
9及びInGaAsPキャップ層10から構成されてい
る。そして、スイッチ部3a,3bでは、図21に示す
ように、InGaAsPキャップ層10の上面に所定幅
の電極8が形成され、InGaAsPキャップ層10の
上記電極8が形成されていない部分と、InGaAsP
光導波層12及びP−InPクラッド層9の露出面がS
iO2 膜からなる絶縁膜11で覆われ、スイッチ部3
a,3b以外の導波路部分では、InGaAsPキャッ
プ層10,InGaAsP光導波層12及びP−InP
クラッド層9の露出面全てがSiO2 膜からなる絶縁膜
11で覆われている。
【0005】また、図22に示すように、導波路2bに
設けられた増幅部17の内部構造は、導波路2bの増幅
部17以外の他の導波路部分のそれとは異なり、InG
aAsP光導波層12とp−InPクラッド層9との間
に更にInPエッチングストッパ層14と波長1.3μ
mに対応するエネルギーバンドギャップを有するInG
aAsP活性層13が形成されている。
設けられた増幅部17の内部構造は、導波路2bの増幅
部17以外の他の導波路部分のそれとは異なり、InG
aAsP光導波層12とp−InPクラッド層9との間
に更にInPエッチングストッパ層14と波長1.3μ
mに対応するエネルギーバンドギャップを有するInG
aAsP活性層13が形成されている。
【0006】次に、動作について説明する。先ず、スイ
ッチ部の動作について説明する。スイッチ部3a,3b
において、電極8より電流を注入すると、プラズマ効果
とバンドフィリング効果により、この部分のInGaA
sP光導波層12の屈折率が低下し、これにより、電流
が注入されたスイッチ部3a,3bにおけるInGaA
sP光導波層12の屈折率と、電流が注入されない導波
路2a,2cのスイッチ部3a,3b以外の他の導波路
部分との間に屈折率差が生じる。従って、導波路2aを
矢印方向から進んできた信号光4は上記屈折率差により
スイッチ部3aで導波路2bの方向へ反射されて、導波
路2bを進行し、次いで、スイッチ部3bで導波路2c
の方向ヘ反射され、導波路2cを進行する(信号光
6)。一方、スイッチ部3a,3bに電流を注入しない
場合は、スイッチ部3a,3bと導波路2a,2cのス
イッチ部3a,3b以外の他の導波路部分との間に屈折
率差を生じないため、導波路2aを矢印方向から進んで
きた信号光4はそのまま導波路2aを直進する(信号光
5)。
ッチ部の動作について説明する。スイッチ部3a,3b
において、電極8より電流を注入すると、プラズマ効果
とバンドフィリング効果により、この部分のInGaA
sP光導波層12の屈折率が低下し、これにより、電流
が注入されたスイッチ部3a,3bにおけるInGaA
sP光導波層12の屈折率と、電流が注入されない導波
路2a,2cのスイッチ部3a,3b以外の他の導波路
部分との間に屈折率差が生じる。従って、導波路2aを
矢印方向から進んできた信号光4は上記屈折率差により
スイッチ部3aで導波路2bの方向へ反射されて、導波
路2bを進行し、次いで、スイッチ部3bで導波路2c
の方向ヘ反射され、導波路2cを進行する(信号光
6)。一方、スイッチ部3a,3bに電流を注入しない
場合は、スイッチ部3a,3bと導波路2a,2cのス
イッチ部3a,3b以外の他の導波路部分との間に屈折
率差を生じないため、導波路2aを矢印方向から進んで
きた信号光4はそのまま導波路2aを直進する(信号光
5)。
【0007】次に、信号光の増幅について説明する。一
般に信号光は導波路を通過する際の吸収損失によってそ
の強度が弱くなる。光増幅部7においては、電極8から
電流を注入すると、半導体レーザの動作と同様の利得機
構により、この部分を通過する信号光を増幅させること
ができる。従って、上記のような導波路を通過すること
により損失を受けてその強度が低下した信号光は、光増
幅部7により再びその強度を増大させることができる。
般に信号光は導波路を通過する際の吸収損失によってそ
の強度が弱くなる。光増幅部7においては、電極8から
電流を注入すると、半導体レーザの動作と同様の利得機
構により、この部分を通過する信号光を増幅させること
ができる。従って、上記のような導波路を通過すること
により損失を受けてその強度が低下した信号光は、光増
幅部7により再びその強度を増大させることができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
光スイッチは、スイッチ部が導波路のスイッチ部以外の
他の導波路部分と同じエネルギーバンドギャップを有す
る半導体層でもって形成されており、スイッチ部の電流
注入時の屈折率変化が小さく、そのON/OFF比を大
きくすることができないため、信号光を効率よく反射さ
せることができないという問題点があった。
光スイッチは、スイッチ部が導波路のスイッチ部以外の
他の導波路部分と同じエネルギーバンドギャップを有す
る半導体層でもって形成されており、スイッチ部の電流
注入時の屈折率変化が小さく、そのON/OFF比を大
きくすることができないため、信号光を効率よく反射さ
せることができないという問題点があった。
【0009】また、導波路に光増幅部を設けることによ
り、信号光が導波路を導波していく過程で生ずる吸収損
失を回復するようにしているものの、その増幅の程度は
あまり大きくなく、信号光の強度を高いレベルに安定に
保つことができないという問題点があった。
り、信号光が導波路を導波していく過程で生ずる吸収損
失を回復するようにしているものの、その増幅の程度は
あまり大きくなく、信号光の強度を高いレベルに安定に
保つことができないという問題点があった。
【0010】ところで、特開昭60−252329号公
報には、スイッチ部を多重量子井戸層(以下、MQW層
と称す。)で構成することにより、スイッチ部における
ON/OFF比を高くした光スイッチが提案されてい
る。しかるに、この光スイッチでは、スイッチ部と導波
路とを互いに異なる別の工程で形成しなければならない
ため、製造工程が煩雑になるという問題点があり、ま
た、スイッチ部と導波路における光導波層が異なる半導
体層で構成されることから、スイッチ部と導波路との境
界部における信号光の通過損失が大きく、信号光の強度
を安定に保つことができないという問題点がある。
報には、スイッチ部を多重量子井戸層(以下、MQW層
と称す。)で構成することにより、スイッチ部における
ON/OFF比を高くした光スイッチが提案されてい
る。しかるに、この光スイッチでは、スイッチ部と導波
路とを互いに異なる別の工程で形成しなければならない
ため、製造工程が煩雑になるという問題点があり、ま
た、スイッチ部と導波路における光導波層が異なる半導
体層で構成されることから、スイッチ部と導波路との境
界部における信号光の通過損失が大きく、信号光の強度
を安定に保つことができないという問題点がある。
【0011】また、特開平1−283526号公報に
は、スイッチ部における上下のクラッド層をMQW層で
構成することにより、スイッチ部におけるON/OFF
比を高くした光スイッチが提案されている。この光スイ
ッチは、上記特開昭60−252329号公報に提案さ
れたものとは異なり、上記図18,19で示した光スイ
ッチと同様にスイッチ部とスイッチ部以外の導波路部分
における光導波層がひと続きの同じ半導体層で構成され
ているため、上記のようなスイッチ部と導波路の境界部
で信号光の通過損失が生じるという問題点は発生しな
い。しかしながら、スイッチ部の上下のクラッド層をM
QW層にしたところで、スイッチ部における屈折率変化
の増加の程度は小さく、スイッチ部のON/OFF比を
満足できるレベルに向上させることはできない。
は、スイッチ部における上下のクラッド層をMQW層で
構成することにより、スイッチ部におけるON/OFF
比を高くした光スイッチが提案されている。この光スイ
ッチは、上記特開昭60−252329号公報に提案さ
れたものとは異なり、上記図18,19で示した光スイ
ッチと同様にスイッチ部とスイッチ部以外の導波路部分
における光導波層がひと続きの同じ半導体層で構成され
ているため、上記のようなスイッチ部と導波路の境界部
で信号光の通過損失が生じるという問題点は発生しな
い。しかしながら、スイッチ部の上下のクラッド層をM
QW層にしたところで、スイッチ部における屈折率変化
の増加の程度は小さく、スイッチ部のON/OFF比を
満足できるレベルに向上させることはできない。
【0012】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、スイッチ部におけるON/OF
F比を高くでき、しかも、導波路とスイッチ部の境界に
おける信号光の通過損失が無く、かつ、信号光が導波路
を導波していく過程で生ずる信号光の吸収損失も小さく
できる光スイッチ及びその製造方法を得ることを目的と
する。
ためになされたもので、スイッチ部におけるON/OF
F比を高くでき、しかも、導波路とスイッチ部の境界に
おける信号光の通過損失が無く、かつ、信号光が導波路
を導波していく過程で生ずる信号光の吸収損失も小さく
できる光スイッチ及びその製造方法を得ることを目的と
する。
【0013】
【課題を解決するための手段】この発明にかかる光スイ
ッチは、基板上にMQW層からなる光導波層を含む半導
体層を形成し、このMQW層のスイッチ部を構成する部
分の層厚を他の導波路を構成する部分の層厚より厚くす
ることにより、スイッチ部における光導波層のエネルギ
ーバンドギャップを導波路となる部分の光導波層のエネ
ルギーバンドギャップより小さく、かつ、信号光のエネ
ルギーより大きくしたものである。
ッチは、基板上にMQW層からなる光導波層を含む半導
体層を形成し、このMQW層のスイッチ部を構成する部
分の層厚を他の導波路を構成する部分の層厚より厚くす
ることにより、スイッチ部における光導波層のエネルギ
ーバンドギャップを導波路となる部分の光導波層のエネ
ルギーバンドギャップより小さく、かつ、信号光のエネ
ルギーより大きくしたものである。
【0014】更に、この発明にかかる光スイッチは、上
記MQW層の上記スイッチ部を構成する部分とは異なる
光増幅部を構成する部分の層厚を、上記スイッチ部を構
成する部分の層厚より厚くして、そのエネルギーギャッ
プを上記信号光のエネルギーより小さくなるようにした
ものである。
記MQW層の上記スイッチ部を構成する部分とは異なる
光増幅部を構成する部分の層厚を、上記スイッチ部を構
成する部分の層厚より厚くして、そのエネルギーギャッ
プを上記信号光のエネルギーより小さくなるようにした
ものである。
【0015】更に、この発明にかかる光スイッチは、上
記MQW層における信号光の導波方向に対する上記スイ
ッチ部の下流側に、上記スイッチ部と同等のエネルギー
バンドギャップを有する光吸収部を形成したものであ
る。
記MQW層における信号光の導波方向に対する上記スイ
ッチ部の下流側に、上記スイッチ部と同等のエネルギー
バンドギャップを有する光吸収部を形成したものであ
る。
【0016】更に、この発明にかかる光スイッチの製造
方法は、半導体基板のスイッチ部が形成される領域を所
定間隔を空けてマスクパターンで挟み、この状態で、該
半導体基板上のスイッチ部が形成される領域に成長する
MQW層のエネルギーバンドギャップが信号光のエネル
ギーより大きくなるように、該MQW層を含む半導体層
をエピタキシャル成長し、この後、この成長したエピタ
キシャル成長層を所定の導波路パターンにパターニング
するようにしたものである。
方法は、半導体基板のスイッチ部が形成される領域を所
定間隔を空けてマスクパターンで挟み、この状態で、該
半導体基板上のスイッチ部が形成される領域に成長する
MQW層のエネルギーバンドギャップが信号光のエネル
ギーより大きくなるように、該MQW層を含む半導体層
をエピタキシャル成長し、この後、この成長したエピタ
キシャル成長層を所定の導波路パターンにパターニング
するようにしたものである。
【0017】更に、この発明にかかる光スイッチの製造
方法は、上記半導体基板上の上記光スイッチ部が形成さ
れる領域とは異なる光増幅部が形成される領域を、上記
スイッチ部が形成される領域を挟んだマスクパターンの
間隔よりも小さい間隔を空けてマスクパターンで挟み、
この状態で上記MQW層を含む半導体層をエピタキシャ
ル成長するようにしたものである。
方法は、上記半導体基板上の上記光スイッチ部が形成さ
れる領域とは異なる光増幅部が形成される領域を、上記
スイッチ部が形成される領域を挟んだマスクパターンの
間隔よりも小さい間隔を空けてマスクパターンで挟み、
この状態で上記MQW層を含む半導体層をエピタキシャ
ル成長するようにしたものである。
【0018】更に、この発明にかかる光スイッチの製造
方法は、上記半導体基板上の上記光スイッチ部が形成さ
れる領域とは異なる光吸収部が形成される領域を、上記
スイッチ部が形成される領域を挟んだマスクパターンの
間隔と同等の間隔を空けてマスクパターンで挟み、この
状態で上記MQW層を含む半導体層をエピタキシャル成
長するようにしたものである。
方法は、上記半導体基板上の上記光スイッチ部が形成さ
れる領域とは異なる光吸収部が形成される領域を、上記
スイッチ部が形成される領域を挟んだマスクパターンの
間隔と同等の間隔を空けてマスクパターンで挟み、この
状態で上記MQW層を含む半導体層をエピタキシャル成
長するようにしたものである。
【0019】
【作用】この発明においては、光導波層のエネルギーバ
ンドギャップを信号光のエネルギーより大きくし、該光
導波層のスイッチ部を構成する部分のエネルギーバンド
ギャップを導波路を構成する部分のエネルギーバンドギ
ャップより小さくしたから、光導波層を導波する過程で
起こる信号光の吸収損失が少なくなって、信号光の強度
の低下を小さくすることができ、しかも、スイッチ部に
電流を注入した時の該スイッチ部における屈折率変化が
大きくなることから、スイッチ部におけるON/OFF
比を高めることができる。
ンドギャップを信号光のエネルギーより大きくし、該光
導波層のスイッチ部を構成する部分のエネルギーバンド
ギャップを導波路を構成する部分のエネルギーバンドギ
ャップより小さくしたから、光導波層を導波する過程で
起こる信号光の吸収損失が少なくなって、信号光の強度
の低下を小さくすることができ、しかも、スイッチ部に
電流を注入した時の該スイッチ部における屈折率変化が
大きくなることから、スイッチ部におけるON/OFF
比を高めることができる。
【0020】更に、この発明においては、上記光導波層
に上記信号光のエネルギーより小さいエネルギーバンド
ギャップを有する増幅部を形成したから、この部分で信
号光が効率よく増幅されることとなり、光導波層を導波
する過程で生ずる信号光の吸収損失を補償することがで
きる。
に上記信号光のエネルギーより小さいエネルギーバンド
ギャップを有する増幅部を形成したから、この部分で信
号光が効率よく増幅されることとなり、光導波層を導波
する過程で生ずる信号光の吸収損失を補償することがで
きる。
【0021】更に、この発明においては、信号光の導波
方向における上記スイッチ部の下流側に、上記スイッチ
部と同等のエネルギーバンドギャップを有する光吸収部
を設けたから、上記スイッチ部で反射されずに上記スイ
ッチ部を通過してしまった信号光はこの光吸収部で吸収
されることになり、不要な信号光が光導波層を導波する
ことを無くすことができる。
方向における上記スイッチ部の下流側に、上記スイッチ
部と同等のエネルギーバンドギャップを有する光吸収部
を設けたから、上記スイッチ部で反射されずに上記スイ
ッチ部を通過してしまった信号光はこの光吸収部で吸収
されることになり、不要な信号光が光導波層を導波する
ことを無くすことができる。
【0022】更に、この発明においては、半導体基板上
のスイッチ部が形成される所定領域を所定の間隔を空け
てマスクパターンで挟み、この状態で該半導体基板上に
MQW層からなる光導波層を含む半導体層をエピタキシ
ャル成長するだけで、信号光のエネルギーよりそのエネ
ルギーバンドギャップが大きく、且つ、そのスイッチ部
を構成する部分のエネルギーバンドギャップは他の部分
に比べて小さくなった光導波層を含む半導体層を形成す
ることができるので、導波する信号光の強度の低下が小
さく、かつ、スイッチ部のON/OFF比が高くなった
光スイッチを簡単な工程で製造することが可能になる。
のスイッチ部が形成される所定領域を所定の間隔を空け
てマスクパターンで挟み、この状態で該半導体基板上に
MQW層からなる光導波層を含む半導体層をエピタキシ
ャル成長するだけで、信号光のエネルギーよりそのエネ
ルギーバンドギャップが大きく、且つ、そのスイッチ部
を構成する部分のエネルギーバンドギャップは他の部分
に比べて小さくなった光導波層を含む半導体層を形成す
ることができるので、導波する信号光の強度の低下が小
さく、かつ、スイッチ部のON/OFF比が高くなった
光スイッチを簡単な工程で製造することが可能になる。
【0023】更に、この発明においては、上記半導体基
板上の上記スイッチ部が形成される領域とは異なる上記
増幅部が形成される所定領域を、上記スイッチ部が形成
される所定領域を挟むマスクパターンの間隔よりも小さ
い間隔を空けてマスクパターンで挟み、この状態で上記
半導体層をエピタキシャル成長するようにしたから、上
記スイッチ部とともに、その強度が低下した信号光を効
率よく増幅できる光増幅部を備えた光スイッチを簡単な
工程で製造することが可能になる。
板上の上記スイッチ部が形成される領域とは異なる上記
増幅部が形成される所定領域を、上記スイッチ部が形成
される所定領域を挟むマスクパターンの間隔よりも小さ
い間隔を空けてマスクパターンで挟み、この状態で上記
半導体層をエピタキシャル成長するようにしたから、上
記スイッチ部とともに、その強度が低下した信号光を効
率よく増幅できる光増幅部を備えた光スイッチを簡単な
工程で製造することが可能になる。
【0024】更に、この発明においては、上記半導基板
上の上記スイッチ部が形成される領域に近接する上記光
吸収部が形成される所定領域を、上記スイッチ部が形成
される所定領域を挟むマスクパターンの間隔と同等の間
隔を空けてマスクパターンで挟み、この状態で上記半導
体層をエピタキシャル成長するようにしたから、上記ス
イッチ部とともに、上記スイッチ部を通過してしまった
不要な信号光を吸収する光吸収部を備えた光スイッチを
簡単な工程で製造することが可能になる。
上の上記スイッチ部が形成される領域に近接する上記光
吸収部が形成される所定領域を、上記スイッチ部が形成
される所定領域を挟むマスクパターンの間隔と同等の間
隔を空けてマスクパターンで挟み、この状態で上記半導
体層をエピタキシャル成長するようにしたから、上記ス
イッチ部とともに、上記スイッチ部を通過してしまった
不要な信号光を吸収する光吸収部を備えた光スイッチを
簡単な工程で製造することが可能になる。
【0025】
実施例1.図1,2はこの発明の実施例1によるそのエ
ネルギーが0.95eV(波長1.3μmに対応)の信
号光が導波する光スイッチの構成を概略的に示した斜視
図と上面図である。図において、図18,19と同一符
号は同一または相当する部分を示し、100は光スイッ
チで、これは、その裏面にCr/Auからなる電極13
が形成されたn型InP基板1,n型InP基板1上に
形成された導波路2A〜2C,導波路2Aと導波路2B
の交差する部分の導波路2A側に形成されたスイッチ部
30a及び導波路2Cと導波路2Bの交差する部分の導
波路2C側に形成されたスイッチ部30bとから構成さ
れている。また、図中4〜6は信号光を示す矢印、8は
スイッチ部30a,30bに設けられたAu/Zn/N
iからなる電極である。
ネルギーが0.95eV(波長1.3μmに対応)の信
号光が導波する光スイッチの構成を概略的に示した斜視
図と上面図である。図において、図18,19と同一符
号は同一または相当する部分を示し、100は光スイッ
チで、これは、その裏面にCr/Auからなる電極13
が形成されたn型InP基板1,n型InP基板1上に
形成された導波路2A〜2C,導波路2Aと導波路2B
の交差する部分の導波路2A側に形成されたスイッチ部
30a及び導波路2Cと導波路2Bの交差する部分の導
波路2C側に形成されたスイッチ部30bとから構成さ
れている。また、図中4〜6は信号光を示す矢印、8は
スイッチ部30a,30bに設けられたAu/Zn/N
iからなる電極である。
【0026】図3は図2のIII −III 線における断面図
で、図1,2に示した導波路2Cの内部構造を示してい
る。尚、上記導波路2A,2Bもこの図3に示す導波路
2Cの内部構造と同様の内部構造からなっている。図3
において、2Cは導波路で、これは、n型InP基板1
上に順次形成されたn型InPクラッド層32,MQW
層からなる光導波層31,p型InPクラッド層9及び
p型InGaAsPコンタクト層10と、これら各層の
露出部を被覆するSiO2 絶縁膜11とで構成されてい
る。ここで、上記MQW層からなる光導波層31は、厚
み10オングストームのIn0.68Ga0.32As0.70P0.
30ウェル層31aと厚み70オングストロームのInP
又はIn0.85Ga0.15As0.32P0.68バリア層31bと
が交互に積み重ねて構成されており、波長1.18μm
に対応するエネルギーバンドギャップ1.05eVを有
している。
で、図1,2に示した導波路2Cの内部構造を示してい
る。尚、上記導波路2A,2Bもこの図3に示す導波路
2Cの内部構造と同様の内部構造からなっている。図3
において、2Cは導波路で、これは、n型InP基板1
上に順次形成されたn型InPクラッド層32,MQW
層からなる光導波層31,p型InPクラッド層9及び
p型InGaAsPコンタクト層10と、これら各層の
露出部を被覆するSiO2 絶縁膜11とで構成されてい
る。ここで、上記MQW層からなる光導波層31は、厚
み10オングストームのIn0.68Ga0.32As0.70P0.
30ウェル層31aと厚み70オングストロームのInP
又はIn0.85Ga0.15As0.32P0.68バリア層31bと
が交互に積み重ねて構成されており、波長1.18μm
に対応するエネルギーバンドギャップ1.05eVを有
している。
【0027】また、図4は図2のIV−IV線における断面
図で、図1,2に示したスイッチ部30aを含む導波路
2A,2Bの交差する部分の内部構造を示している。
尚、スイッチ部30bを含む上記記導波路2B,2Cの
交差する部分もこの図と同様の内部構造からなってい
る。図4において、導波路2A,2Bは、n型InP基
板1上に順次形成されたn型InPクラッド層32,M
QW層からなる光導波層31′,p型InPクラッド層
9及びp型InGaAsPコンタクト層10と、これら
各層の露出面を被覆するSiO2 絶縁膜11とで構成さ
れている。ここで、上記MQW層からなる光導波層3
1′は、上記InGaAsPウェル層31aよりも大き
な厚みに形成された,厚み70オングストロームのIn
GaAsPウェル層31a′と、上記InP又はInG
aAsPバリア層31bよりも大きな厚みに形成され
た,厚み300オングストロームのInP又はInGa
AsPバリア層31b′とが交互に積み重ねて構成さ
れ、波長1.27μmに対応するエネルギーバンドギャ
ップ0.98eVを有している。即ち、上記光導波層3
1のエネルギーバンドギャップ(1.05eV)よりも
小さいエネルギーバンドギャップを有している。ここ
で、導波路2Aの電極8の形成されている部分がスイッ
チ部30aになっている。
図で、図1,2に示したスイッチ部30aを含む導波路
2A,2Bの交差する部分の内部構造を示している。
尚、スイッチ部30bを含む上記記導波路2B,2Cの
交差する部分もこの図と同様の内部構造からなってい
る。図4において、導波路2A,2Bは、n型InP基
板1上に順次形成されたn型InPクラッド層32,M
QW層からなる光導波層31′,p型InPクラッド層
9及びp型InGaAsPコンタクト層10と、これら
各層の露出面を被覆するSiO2 絶縁膜11とで構成さ
れている。ここで、上記MQW層からなる光導波層3
1′は、上記InGaAsPウェル層31aよりも大き
な厚みに形成された,厚み70オングストロームのIn
GaAsPウェル層31a′と、上記InP又はInG
aAsPバリア層31bよりも大きな厚みに形成され
た,厚み300オングストロームのInP又はInGa
AsPバリア層31b′とが交互に積み重ねて構成さ
れ、波長1.27μmに対応するエネルギーバンドギャ
ップ0.98eVを有している。即ち、上記光導波層3
1のエネルギーバンドギャップ(1.05eV)よりも
小さいエネルギーバンドギャップを有している。ここ
で、導波路2Aの電極8の形成されている部分がスイッ
チ部30aになっている。
【0028】次に、動作について説明する。図5は上記
導波路2A〜2C内部における信号光の進路を示した図
である。図において、図1,2と同一符号は同一または
相当する部分を示し、33は導波路2Aにおけるスイッ
チ部30aと他の導波路部分との境界部、34は導波路
2Cにおけるスイッチ部30bと他の導波路部分との境
界部、θは信号光4のスイッチ部30a(境界部33)
への入射角である。
導波路2A〜2C内部における信号光の進路を示した図
である。図において、図1,2と同一符号は同一または
相当する部分を示し、33は導波路2Aにおけるスイッ
チ部30aと他の導波路部分との境界部、34は導波路
2Cにおけるスイッチ部30bと他の導波路部分との境
界部、θは信号光4のスイッチ部30a(境界部33)
への入射角である。
【0029】導波路2A,2Cに設けられたスイッチ部
30a,30bにおいて電極8からその内部に電流を注
入すると、電流が注入された部分の光導波層31′の屈
折率が減少し、該スイッチ部30a,30bにおける光
導波層31′と、スイッチ部30a,30bの周囲の電
流が注入されない部分の光導波層31′及び導波路2
A,2Cのスイッチ部以外の他の部分の光導波層31と
の間に屈折率差が生ずる(図3,4参照)。従って、導
波路2A内の光導波層31,31′をスイッチ部30a
に向かって進行してきた信号光4は、上記境界面33で
反射され、導波路2Bを進行し、次いで、上記境界面3
4で反射され、導波路2Cを進行する(信号光6)。一
方、スイッチ部30a,30bの半導体層内に電流を注
入しない場合、上記信号光4は、スイッチ部3aを通過
して、導波路2Aを進行する(信号光5)。ここで、上
記導波路2A,2Bに形成したスイッチ部30a,30
bは、スイッチ部30a,30bと他の導波路部分との
境界部33,34における信号光の反射率が高いほど、
スイッチング特性が良好に、即ち、ON/OFF比が高
くなる。
30a,30bにおいて電極8からその内部に電流を注
入すると、電流が注入された部分の光導波層31′の屈
折率が減少し、該スイッチ部30a,30bにおける光
導波層31′と、スイッチ部30a,30bの周囲の電
流が注入されない部分の光導波層31′及び導波路2
A,2Cのスイッチ部以外の他の部分の光導波層31と
の間に屈折率差が生ずる(図3,4参照)。従って、導
波路2A内の光導波層31,31′をスイッチ部30a
に向かって進行してきた信号光4は、上記境界面33で
反射され、導波路2Bを進行し、次いで、上記境界面3
4で反射され、導波路2Cを進行する(信号光6)。一
方、スイッチ部30a,30bの半導体層内に電流を注
入しない場合、上記信号光4は、スイッチ部3aを通過
して、導波路2Aを進行する(信号光5)。ここで、上
記導波路2A,2Bに形成したスイッチ部30a,30
bは、スイッチ部30a,30bと他の導波路部分との
境界部33,34における信号光の反射率が高いほど、
スイッチング特性が良好に、即ち、ON/OFF比が高
くなる。
【0030】図6は、スイッチ部に入射する信号光の入
射角と反射率の関係を示した図である。図中のθB はス
イッチ部に入射する信号光がスイッチ部とスイッチ部以
外の他の導波路部分との間の境界部で全反射するブリュ
ースター角を示し、θ1 ,θ2 はスイッチ部に入射する
信号光の最小の入力角と最大の入力角を示している。こ
のブリュースター角θB は、導波路を構成する光導波層
の屈折率をn,電流注入による屈折率変化をΔnとする
と下記式(1) で表わされる。そして、この式(1) より、
光導波層のエネルギーバンドギャップが小さいほど上記
屈折率変化Δnは大きくなることから、光導波層のエネ
ルギーバンドギャップが小さいほどブリュースター角θ
B が小さくなることがわかる。
射角と反射率の関係を示した図である。図中のθB はス
イッチ部に入射する信号光がスイッチ部とスイッチ部以
外の他の導波路部分との間の境界部で全反射するブリュ
ースター角を示し、θ1 ,θ2 はスイッチ部に入射する
信号光の最小の入力角と最大の入力角を示している。こ
のブリュースター角θB は、導波路を構成する光導波層
の屈折率をn,電流注入による屈折率変化をΔnとする
と下記式(1) で表わされる。そして、この式(1) より、
光導波層のエネルギーバンドギャップが小さいほど上記
屈折率変化Δnは大きくなることから、光導波層のエネ
ルギーバンドギャップが小さいほどブリュースター角θ
B が小さくなることがわかる。
【0031】
【数1】
【0032】ここで、図6は、導波路を構成する光導波
層のエネルギーバンドギャップが大きく、ブリュースタ
ー角θB がスイッチ部に入射する信号光がとりうる入射
角度の範囲(θ1 〜θ2 )内に存在する場合は、ブリュ
ースター角θB より小さい角度で入力する信号光がスイ
ッチ部で反射されることなくスイッチ部を透過してしま
い(図6(a) )、導波路を構成する光導波層のバンドギ
ャップが小さく信号光がとりうる最小の入射角度θ1 よ
りもブリュースター角θB が小さい場合は、あらゆる角
度(θ1 〜θ2 )でスイッチ部に入射する信号光が全て
全反射する(図6(b) )ことを示している。つまり、こ
の図6より、スイッチ部のスイッチング特性を良好にす
る(ON/OFF比を高める)ためには、スイッチ部を
構成する光導波層のエネルギーバンドギャップを小さく
すればよいことがわかる。一方、導波路を構成する光導
波層のエネルギーバンドギャップが小さいほど、導波路
を信号光が導波する際の吸収損失が大きくなることが知
られている。
層のエネルギーバンドギャップが大きく、ブリュースタ
ー角θB がスイッチ部に入射する信号光がとりうる入射
角度の範囲(θ1 〜θ2 )内に存在する場合は、ブリュ
ースター角θB より小さい角度で入力する信号光がスイ
ッチ部で反射されることなくスイッチ部を透過してしま
い(図6(a) )、導波路を構成する光導波層のバンドギ
ャップが小さく信号光がとりうる最小の入射角度θ1 よ
りもブリュースター角θB が小さい場合は、あらゆる角
度(θ1 〜θ2 )でスイッチ部に入射する信号光が全て
全反射する(図6(b) )ことを示している。つまり、こ
の図6より、スイッチ部のスイッチング特性を良好にす
る(ON/OFF比を高める)ためには、スイッチ部を
構成する光導波層のエネルギーバンドギャップを小さく
すればよいことがわかる。一方、導波路を構成する光導
波層のエネルギーバンドギャップが小さいほど、導波路
を信号光が導波する際の吸収損失が大きくなることが知
られている。
【0033】また、図7はMQW層を構成するウエル層
の層厚とMQW層のエネルギーバンドギャップの関係を
示した図で、この図に示すように、MQW層はそのウェ
ル層の層厚が厚くなるにつれてそのバンドギャップが小
さくなることが知られている。
の層厚とMQW層のエネルギーバンドギャップの関係を
示した図で、この図に示すように、MQW層はそのウェ
ル層の層厚が厚くなるにつれてそのバンドギャップが小
さくなることが知られている。
【0034】従って、本実施例では、導波路2A〜2C
の光導波層をMQW層で構成し、該MQW層のスイッチ
部30aを含む,導波路2Aと導波路2Bの交差する部
分31′のエネルギーバンドギャップが、他の部分31
のエネルギーバンドギャップより小さくなるように、そ
のInGaAsPウェル層31a′の厚みをInGaA
sPウェル層31aのそれよりもを厚く形成している
(図3,4参照)。
の光導波層をMQW層で構成し、該MQW層のスイッチ
部30aを含む,導波路2Aと導波路2Bの交差する部
分31′のエネルギーバンドギャップが、他の部分31
のエネルギーバンドギャップより小さくなるように、そ
のInGaAsPウェル層31a′の厚みをInGaA
sPウェル層31aのそれよりもを厚く形成している
(図3,4参照)。
【0035】次に、製造方法について説明する。一般
に、半導体基板上の所定領域の周囲をSiO2 膜等の絶
縁膜からなるマスクパターンで挟み、この状態で該半導
体基板上に半導体層をエピタキシャル成長した場合、上
記マスクパターンのない所定領域に供給されるIII 族元
素(In,Ga)はそのまま半導体層成長に寄与し、上
記マスクパターン上に供給されたIII 族元素(In,G
a)は該マスクパターン上を移動して、上記マスクパタ
ーンのない所定領域に到達し、該領域における上記半導
体層の成長に寄与する。従って、上記半導体基板上の上
記マスクパターンで挟まれた所定領域における半導体層
の成長速度は、上記半導体基板上の上記マスクパターン
で挟まれていない領域における半導体層の成長速度より
も速くなることが知られている。
に、半導体基板上の所定領域の周囲をSiO2 膜等の絶
縁膜からなるマスクパターンで挟み、この状態で該半導
体基板上に半導体層をエピタキシャル成長した場合、上
記マスクパターンのない所定領域に供給されるIII 族元
素(In,Ga)はそのまま半導体層成長に寄与し、上
記マスクパターン上に供給されたIII 族元素(In,G
a)は該マスクパターン上を移動して、上記マスクパタ
ーンのない所定領域に到達し、該領域における上記半導
体層の成長に寄与する。従って、上記半導体基板上の上
記マスクパターンで挟まれた所定領域における半導体層
の成長速度は、上記半導体基板上の上記マスクパターン
で挟まれていない領域における半導体層の成長速度より
も速くなることが知られている。
【0036】先ず、図8に示すように、n型InP基板
1上の導波路2A,2B,2Cが形成されるべき所定領
域2A′,2B′,2C′の上記スイッチ部30a,3
0bが形成される領域を所定間隔(Wa)を空けて例え
ばSiO2 膜からなるマスクパターン35で挟み、この
状態でn型InP基板1上にn−InPクラッド層3
2,光導波層31,31′,p型InPクラッド層9,
p型InGaAsPコンタクト層10を例えばMOCV
D法により順次エピタキシャル成長する。このエピタキ
シャル成長時、上述した特性により、n型InP基板1
上のマスクパターン35で挟まれた領域は、n型InP
基板1上の他の領域よりも成長速度が速くなり、上記各
層はこのマスクパターン35で挟まれた領域に成長した
部分の厚みが他の部分に比べて厚くなる。次に、上記マ
スクパターン35を除去した後、上記導波路2A,2
B,2Cを形成されるべき所定領域2A′,2B′,2
C′以外の領域に成長した上記半導体層をエッチング除
去する。この後、全面にSiO2 からなる絶縁膜11を
形成し、上記工程により残された導波路2A,2B,2
Cを構成する半導体層(上記n−InPクラッド層3
2,光導波層31,31′,p型InPクラッド層9,
p型InGaAsPコンタクト層10)のスイッチ部3
0a,30bとなる部分上にある絶縁膜11を除去し、
例えばAu/Zn/Niからなる電極12を形成し、更
に、n型InP基板1の裏面に例えばCr/Auからな
る電極13を形成すると、図1に示す光スイッチ100
が得られる。
1上の導波路2A,2B,2Cが形成されるべき所定領
域2A′,2B′,2C′の上記スイッチ部30a,3
0bが形成される領域を所定間隔(Wa)を空けて例え
ばSiO2 膜からなるマスクパターン35で挟み、この
状態でn型InP基板1上にn−InPクラッド層3
2,光導波層31,31′,p型InPクラッド層9,
p型InGaAsPコンタクト層10を例えばMOCV
D法により順次エピタキシャル成長する。このエピタキ
シャル成長時、上述した特性により、n型InP基板1
上のマスクパターン35で挟まれた領域は、n型InP
基板1上の他の領域よりも成長速度が速くなり、上記各
層はこのマスクパターン35で挟まれた領域に成長した
部分の厚みが他の部分に比べて厚くなる。次に、上記マ
スクパターン35を除去した後、上記導波路2A,2
B,2Cを形成されるべき所定領域2A′,2B′,2
C′以外の領域に成長した上記半導体層をエッチング除
去する。この後、全面にSiO2 からなる絶縁膜11を
形成し、上記工程により残された導波路2A,2B,2
Cを構成する半導体層(上記n−InPクラッド層3
2,光導波層31,31′,p型InPクラッド層9,
p型InGaAsPコンタクト層10)のスイッチ部3
0a,30bとなる部分上にある絶縁膜11を除去し、
例えばAu/Zn/Niからなる電極12を形成し、更
に、n型InP基板1の裏面に例えばCr/Auからな
る電極13を形成すると、図1に示す光スイッチ100
が得られる。
【0037】このような本実施例の光スイッチでは、光
導波層31,31′のエネルギーバンドギャップはそれ
ぞれ1.05eVと0.98eVで、信号光のエネルギ
ー0.95eVより大きく、かつ、スイッチ部30a,
30bを構成する上記光導波層31′のエネルギーバン
ドギャップ(0.98eV)を、スイッチ部以外の導波
路を構成する上記光導波層31のエネルギーバンドギャ
ップ(1.05eV)より小さくしているので、光導波
層を導波する過程での信号光の吸収損失を少なくでき、
しかも、電流注入時におけるスイッチ部30a,30b
の光導波層31′の屈折率変化(0.05)が大きくな
って、これらスイッチ部30a,30bにおけるON/
OFF比を高めることができる。また、これらスイッチ
部30a,30bは導波路2A,2Cにおける他の導波
路部分と同一工程で成長した,ひと続きの半導体層によ
り形成されるため、スイッチ部30a,30bと導波路
2A,2Cにおける他の導波路部分の境界部で信号光の
通過損失が生ずることもない。また、導波路2A〜2B
の形成と同時にスイッチ部30a,30bが形成される
ので、製造工程が簡単になる。
導波層31,31′のエネルギーバンドギャップはそれ
ぞれ1.05eVと0.98eVで、信号光のエネルギ
ー0.95eVより大きく、かつ、スイッチ部30a,
30bを構成する上記光導波層31′のエネルギーバン
ドギャップ(0.98eV)を、スイッチ部以外の導波
路を構成する上記光導波層31のエネルギーバンドギャ
ップ(1.05eV)より小さくしているので、光導波
層を導波する過程での信号光の吸収損失を少なくでき、
しかも、電流注入時におけるスイッチ部30a,30b
の光導波層31′の屈折率変化(0.05)が大きくな
って、これらスイッチ部30a,30bにおけるON/
OFF比を高めることができる。また、これらスイッチ
部30a,30bは導波路2A,2Cにおける他の導波
路部分と同一工程で成長した,ひと続きの半導体層によ
り形成されるため、スイッチ部30a,30bと導波路
2A,2Cにおける他の導波路部分の境界部で信号光の
通過損失が生ずることもない。また、導波路2A〜2B
の形成と同時にスイッチ部30a,30bが形成される
ので、製造工程が簡単になる。
【0038】実施例2.図9,10はこの発明の実施例
2による,エネルギーが0.95eV(波長1.3μm
に対応)の信号光が導波する光スイッチの構成を概略的
に示した斜視図と上面図である。図において、図1,2
と同一符号は同一または相当する部分を示し、200は
光スイッチで、これは、実施例1の光スイッチ100の
導波路2Bに光増幅部40を形成したもので、この光増
幅部40以外の構成は上記実施例1の光スイッチ100
と全く同じである。
2による,エネルギーが0.95eV(波長1.3μm
に対応)の信号光が導波する光スイッチの構成を概略的
に示した斜視図と上面図である。図において、図1,2
と同一符号は同一または相当する部分を示し、200は
光スイッチで、これは、実施例1の光スイッチ100の
導波路2Bに光増幅部40を形成したもので、この光増
幅部40以外の構成は上記実施例1の光スイッチ100
と全く同じである。
【0039】図11は図10のXI−XI線における断面図
で、上記光増幅部40の内部構造を示している。図に示
すように、この光増幅部40の半導体層は、n型InP
基板1上に順次形成されたn型InPクラッド層32,
MQW層からなる光導波層31A,p型InPクラッド
層9及びp型InGaAsPコンタクト層10から構成
されており、MQW層からなる光導波層31Aの層厚
が、導波路2A,2Cに形成されたスイッチ部30a,
30bにおける光導波層31′のそれよりも更に厚く形
成され、そのエネルギーバンドギャップが信号光のエネ
ルギー(0.95eV)よりも小さくなっている。つま
り、MQW層からなる光導波層31Aを構成するInG
aAsPウェル層31Bの層厚が80オングストローム
で、InGaAsPウェル層31a′(図4参照)より
も厚く形成され、InP又はInGaAsPバリア層3
1Cの層厚が350オングストロームで、InP又はI
nGaAsPバリア層31b′(図4参照)よりも厚く
形成されている。
で、上記光増幅部40の内部構造を示している。図に示
すように、この光増幅部40の半導体層は、n型InP
基板1上に順次形成されたn型InPクラッド層32,
MQW層からなる光導波層31A,p型InPクラッド
層9及びp型InGaAsPコンタクト層10から構成
されており、MQW層からなる光導波層31Aの層厚
が、導波路2A,2Cに形成されたスイッチ部30a,
30bにおける光導波層31′のそれよりも更に厚く形
成され、そのエネルギーバンドギャップが信号光のエネ
ルギー(0.95eV)よりも小さくなっている。つま
り、MQW層からなる光導波層31Aを構成するInG
aAsPウェル層31Bの層厚が80オングストローム
で、InGaAsPウェル層31a′(図4参照)より
も厚く形成され、InP又はInGaAsPバリア層3
1Cの層厚が350オングストロームで、InP又はI
nGaAsPバリア層31b′(図4参照)よりも厚く
形成されている。
【0040】次に、製造方法について説明する。図12
は、この光スイッチ200の製造工程の主要工程を示す
断面図であり、図において、図8と同一符号は同一また
は相当する部分を示している。即ち、この光スイッチの
製造工程は、実施例1の光スイッチの製造工程と基本的
に同じであり、n型InP基板1上にマスクパターン3
5を形成する際、同時にマスクパターン35aを形成
し、光増幅部40が形成されるべき領域を、該マスクパ
ターン35aにより、上記スイッチ部30a,30bが
形成されるべき領域を挟むマスクパターン35の間隔
(Wa)よりも狭い間隔(Wb)(Wa>Wb)でもっ
て挟み、この後、半導体層をエピタキシャル成長するよ
うにし、そして、スイッチ部30a,30bの電極の形
成時に同時にこの光増幅部40にも電極8を形成するよ
うにしたものである。
は、この光スイッチ200の製造工程の主要工程を示す
断面図であり、図において、図8と同一符号は同一また
は相当する部分を示している。即ち、この光スイッチの
製造工程は、実施例1の光スイッチの製造工程と基本的
に同じであり、n型InP基板1上にマスクパターン3
5を形成する際、同時にマスクパターン35aを形成
し、光増幅部40が形成されるべき領域を、該マスクパ
ターン35aにより、上記スイッチ部30a,30bが
形成されるべき領域を挟むマスクパターン35の間隔
(Wa)よりも狭い間隔(Wb)(Wa>Wb)でもっ
て挟み、この後、半導体層をエピタキシャル成長するよ
うにし、そして、スイッチ部30a,30bの電極の形
成時に同時にこの光増幅部40にも電極8を形成するよ
うにしたものである。
【0041】このような本実施例の光スイッチ200で
は、上記実施例1の光スイッチ100と同様の効果が得
られるとともに、光増幅部40における光導波層31A
のInGaAsPウェル層31Bの厚みを、スイッチ部
30a,30bにおける光導波層31′のInGaAs
Pウェル層31a′よりも厚くして、そのエネルギーバ
ンドギャップを信号光のエネルギーよりも小さくしてい
るので、光増幅部40の電極8からその内部に電流を注
入することにより、該光増幅部40を通過する信号光を
効率良く増幅することができ、その結果、信号光の光導
波層を導波する過程で生じる吸収損失を補償することが
できる。また、この光増幅部40は導波路2Bにおける
他の導波路部分と同一工程で成長した,ひと続きの半導
体層により形成されるため、該光増幅部40と導波路2
Bにおける他の導波路部分の境界部で信号光の通過損失
が生ずることもない。また、導波路2A〜2Cの形成と
同時に光増幅部40が形成されるので、製造工程が簡単
になる。
は、上記実施例1の光スイッチ100と同様の効果が得
られるとともに、光増幅部40における光導波層31A
のInGaAsPウェル層31Bの厚みを、スイッチ部
30a,30bにおける光導波層31′のInGaAs
Pウェル層31a′よりも厚くして、そのエネルギーバ
ンドギャップを信号光のエネルギーよりも小さくしてい
るので、光増幅部40の電極8からその内部に電流を注
入することにより、該光増幅部40を通過する信号光を
効率良く増幅することができ、その結果、信号光の光導
波層を導波する過程で生じる吸収損失を補償することが
できる。また、この光増幅部40は導波路2Bにおける
他の導波路部分と同一工程で成長した,ひと続きの半導
体層により形成されるため、該光増幅部40と導波路2
Bにおける他の導波路部分の境界部で信号光の通過損失
が生ずることもない。また、導波路2A〜2Cの形成と
同時に光増幅部40が形成されるので、製造工程が簡単
になる。
【0042】実施例3.図13,14はこの発明の実施
例3によるエネルギーが0.95eV(波長1.3μm
に対応)の信号光が導波する光スイッチの構成を概略的
に示した斜視図と上面図である。図において、図1,2
と同一符号は同一または相当する部分を示し、300は
光スイッチで、これは、実施例1の光スイッチ100の
導波路2Aに光吸収部50を形成したもので、この光吸
収部50以外の構成は上記実施例1の光スイッチ100
と全く同じである。
例3によるエネルギーが0.95eV(波長1.3μm
に対応)の信号光が導波する光スイッチの構成を概略的
に示した斜視図と上面図である。図において、図1,2
と同一符号は同一または相当する部分を示し、300は
光スイッチで、これは、実施例1の光スイッチ100の
導波路2Aに光吸収部50を形成したもので、この光吸
収部50以外の構成は上記実施例1の光スイッチ100
と全く同じである。
【0043】図15は図14のXV−XV線における断面図
で、上記光増幅部50の内部構造を示している。図に示
すように、この光増幅部50の半導体層は、n型InP
基板1上に順次形成されたn型InPクラッド層32,
MQW層からなる光導波層31D,p型InPクラッド
層9及びp型InGaAsPコンタクト層10から構成
されており、MQW層からなる光導波層31Dが、導波
路2A,2Cに形成されたスイッチ部30a,30bに
おける光導波層31′の層厚とそれと同じ厚みに形成さ
れ、そのエネルギーバンドギャップが導波路2A,2C
に形成されたスイッチ部30a,30bにおける光導波
層31′と同じになっている。つまり、InGaAsP
ウェル層31Eの層厚が70オングストロームで、In
GaAsPウェル層31a′(図4参照)と同じであ
り、InP又はInGaAsPバリア層31Fの層厚が
300オングストロームで、InP又はInGaAsP
バリア層31b′(図4参照)と同じになっている。
で、上記光増幅部50の内部構造を示している。図に示
すように、この光増幅部50の半導体層は、n型InP
基板1上に順次形成されたn型InPクラッド層32,
MQW層からなる光導波層31D,p型InPクラッド
層9及びp型InGaAsPコンタクト層10から構成
されており、MQW層からなる光導波層31Dが、導波
路2A,2Cに形成されたスイッチ部30a,30bに
おける光導波層31′の層厚とそれと同じ厚みに形成さ
れ、そのエネルギーバンドギャップが導波路2A,2C
に形成されたスイッチ部30a,30bにおける光導波
層31′と同じになっている。つまり、InGaAsP
ウェル層31Eの層厚が70オングストロームで、In
GaAsPウェル層31a′(図4参照)と同じであ
り、InP又はInGaAsPバリア層31Fの層厚が
300オングストロームで、InP又はInGaAsP
バリア層31b′(図4参照)と同じになっている。
【0044】次に、製造方法について説明する。図16
は、この光スイッチ300の製造工程の主要工程を示す
断面図であり、図において、図12と同一符号は同一ま
たは相当する部分を示している。即ち、この光スイッチ
の製造工程は、実施例2の光スイッチの製造工程と基本
的に同じであり、実施例2の光スイッチの製造工程にお
いて、n型InP基板1上にマスクパターン35,35
aを形成する際、更にマスクパターン35bを形成し、
光吸収部50が形成されるべき領域を、このマスクパタ
ーン35bとマスクパターン35aとで、スイッチ部が
形成されるべき領域を挟むマスクパターン35の間隔
(Wa)と同じ間隔(Wc)(Wa=Wc)でもって挟
み、この後、半導体層をエピタキシャル成長するように
し、そして、スイッチ部30a,30b及び光増幅部4
0の電極の形成時に同時にこの光吸収部50にも電極8
を形成するようにしたものである。
は、この光スイッチ300の製造工程の主要工程を示す
断面図であり、図において、図12と同一符号は同一ま
たは相当する部分を示している。即ち、この光スイッチ
の製造工程は、実施例2の光スイッチの製造工程と基本
的に同じであり、実施例2の光スイッチの製造工程にお
いて、n型InP基板1上にマスクパターン35,35
aを形成する際、更にマスクパターン35bを形成し、
光吸収部50が形成されるべき領域を、このマスクパタ
ーン35bとマスクパターン35aとで、スイッチ部が
形成されるべき領域を挟むマスクパターン35の間隔
(Wa)と同じ間隔(Wc)(Wa=Wc)でもって挟
み、この後、半導体層をエピタキシャル成長するように
し、そして、スイッチ部30a,30b及び光増幅部4
0の電極の形成時に同時にこの光吸収部50にも電極8
を形成するようにしたものである。
【0045】次に、動作について説明する。スイッチ部
30a,30bの内部に電流を流した時、導波路2Aに
入射した信号光4は導波路2Cより出力光6として出力
されるが、厳密に言えば信号光4の一部の光がスイッチ
部30aで反射されずにスイッチ部30aを透過する。
30a,30bの内部に電流を流した時、導波路2Aに
入射した信号光4は導波路2Cより出力光6として出力
されるが、厳密に言えば信号光4の一部の光がスイッチ
部30aで反射されずにスイッチ部30aを透過する。
【0046】上述したように、光吸収部50の光導波層
31Dは、そのエネルギーバンドギャップが、信号光の
エネルギーより少し大きい値を持つように、InGaA
sPウェル層31Eの厚みが設定されている。そして、
光吸収部50に電極8,13より逆バイアス電圧を印加
すると、量子閉込めシュタルク効果により光導波層31
Dの吸収スペクトルが変化する。図17は、光導波層3
1Dの吸収スペクトルの変化を示す図である。図中矢印
aは信号光のエネルギーである。この図に示すように、
光吸収部50に電圧を印加しない時は、信号光は光吸収
部50を透過するが、逆バイアス電圧を印加すると、信
号光は光吸収部50で吸収されることになる。従って、
光スイッチ部30aで反射されずに透過してきた信号光
は光吸収部50に逆バイアスを印加することにより、該
光吸収部50で吸収される。
31Dは、そのエネルギーバンドギャップが、信号光の
エネルギーより少し大きい値を持つように、InGaA
sPウェル層31Eの厚みが設定されている。そして、
光吸収部50に電極8,13より逆バイアス電圧を印加
すると、量子閉込めシュタルク効果により光導波層31
Dの吸収スペクトルが変化する。図17は、光導波層3
1Dの吸収スペクトルの変化を示す図である。図中矢印
aは信号光のエネルギーである。この図に示すように、
光吸収部50に電圧を印加しない時は、信号光は光吸収
部50を透過するが、逆バイアス電圧を印加すると、信
号光は光吸収部50で吸収されることになる。従って、
光スイッチ部30aで反射されずに透過してきた信号光
は光吸収部50に逆バイアスを印加することにより、該
光吸収部50で吸収される。
【0047】このような本実施例の光スイッチ300で
は、上記実施例2の光スイッチ200と同様の効果が得
られるとともに、光吸収部50における光導波層31D
のInGaAsPウェル層31Eの厚みを、スイッチ部
30a,30bにおける光導波層31′のInGaAs
Pウェル層31a′と同じにして、そのエネルギーバン
ドギャップを信号光のエネルギーよりも少し大きくして
いるので、該光吸収部50に逆バイアスを印加すること
により、量子閉込めシュタルク効果によりその吸収スペ
クトルが変化して、スイッチ部30aを透過した光が該
光吸収部5で吸収されることになり、その結果、スイッ
チングの精度がより一層向上する。
は、上記実施例2の光スイッチ200と同様の効果が得
られるとともに、光吸収部50における光導波層31D
のInGaAsPウェル層31Eの厚みを、スイッチ部
30a,30bにおける光導波層31′のInGaAs
Pウェル層31a′と同じにして、そのエネルギーバン
ドギャップを信号光のエネルギーよりも少し大きくして
いるので、該光吸収部50に逆バイアスを印加すること
により、量子閉込めシュタルク効果によりその吸収スペ
クトルが変化して、スイッチ部30aを透過した光が該
光吸収部5で吸収されることになり、その結果、スイッ
チングの精度がより一層向上する。
【0048】尚、上記何れの実施例においても、In
P,InGaAsPの化合物半導体を用いた光スイッチ
について説明したが、GaAs,AlGaAsの化合物
半導体を用いた場合も同様の効果を得ることができる。
P,InGaAsPの化合物半導体を用いた光スイッチ
について説明したが、GaAs,AlGaAsの化合物
半導体を用いた場合も同様の効果を得ることができる。
【0049】
【発明の効果】以上のように、この発明にかかる光スイ
ッチによれば、基板上にMQW層からなる光導波層を含
む半導体層を形成し、このMQW層のスイッチ部を構成
する部分の層厚を他の導波路を構成する部分の層厚より
厚くすることにより、スイッチ部における光導波層のエ
ネルギーバンドギャップを導波路となる部分の光導波層
のエネルギーバンドギャップより小さく、かつ、信号光
のエネルギーより大きくしたので、スイッチ部における
ON/OFF比を高くでき、しかも、導波路とスイッチ
部の境界における信号光の通過損失が無く、かつ、信号
光が導波路を導波していく過程で生ずる信号光の吸収損
失も小さくできる効果がある。
ッチによれば、基板上にMQW層からなる光導波層を含
む半導体層を形成し、このMQW層のスイッチ部を構成
する部分の層厚を他の導波路を構成する部分の層厚より
厚くすることにより、スイッチ部における光導波層のエ
ネルギーバンドギャップを導波路となる部分の光導波層
のエネルギーバンドギャップより小さく、かつ、信号光
のエネルギーより大きくしたので、スイッチ部における
ON/OFF比を高くでき、しかも、導波路とスイッチ
部の境界における信号光の通過損失が無く、かつ、信号
光が導波路を導波していく過程で生ずる信号光の吸収損
失も小さくできる効果がある。
【0050】更に、この発明にかかる光スイッチによれ
ば、上記MQW層の上記スイッチ部を構成する部分とは
異なる光増幅部の層厚を、上記スイッチ部を構成する部
分の層厚より厚くして、そのエネルギーギャップを上記
信号光のエネルギーより小さくなるようにしたので、該
光増幅部で信号光が効率よく増幅されることとなり、信
号光の強度を安定に保つことができる効果がある。
ば、上記MQW層の上記スイッチ部を構成する部分とは
異なる光増幅部の層厚を、上記スイッチ部を構成する部
分の層厚より厚くして、そのエネルギーギャップを上記
信号光のエネルギーより小さくなるようにしたので、該
光増幅部で信号光が効率よく増幅されることとなり、信
号光の強度を安定に保つことができる効果がある。
【0051】更に、この発明にかかる光スイッチによれ
ば、上記MQW層における信号光の導波方向に対する上
記スイッチ部の下流側に、上記スイッチ部と同等のエネ
ルギーバンドギャップを有する光吸収部を形成したの
で、不要な信号光が光導波層を導波することが無くな
り、良好なスイッチング性を得ることができる効果があ
る。
ば、上記MQW層における信号光の導波方向に対する上
記スイッチ部の下流側に、上記スイッチ部と同等のエネ
ルギーバンドギャップを有する光吸収部を形成したの
で、不要な信号光が光導波層を導波することが無くな
り、良好なスイッチング性を得ることができる効果があ
る。
【0052】更に、この発明にかかる光スイッチの製造
方法によれば、半導体基板のスイッチ部が形成される領
域を所定間隔を空けてマスクパターンで挟み、この状態
で、該半導体基板上のスイッチ部が形成される領域に成
長するMQW層のエネルギーバンドギャップが信号光の
エネルギーより大きくなるように、該MQW層を含む半
導体層をエピタキシャル成長し、この後、この成長した
エピタキシャル成長層を所定の導波路パターンにパター
ニングするようにしたので、スイッチ部におけるON/
OFF比が高く、しかも、導波路とスイッチ部の境界に
おける信号光の通過損失が無く、信号光が導波路を導波
していく過程で生ずる信号光の吸収損失も小さい光スイ
ッチを簡単な工程で製造することができる効果がある。
方法によれば、半導体基板のスイッチ部が形成される領
域を所定間隔を空けてマスクパターンで挟み、この状態
で、該半導体基板上のスイッチ部が形成される領域に成
長するMQW層のエネルギーバンドギャップが信号光の
エネルギーより大きくなるように、該MQW層を含む半
導体層をエピタキシャル成長し、この後、この成長した
エピタキシャル成長層を所定の導波路パターンにパター
ニングするようにしたので、スイッチ部におけるON/
OFF比が高く、しかも、導波路とスイッチ部の境界に
おける信号光の通過損失が無く、信号光が導波路を導波
していく過程で生ずる信号光の吸収損失も小さい光スイ
ッチを簡単な工程で製造することができる効果がある。
【0053】更に、この発明にかかる光スイッチの製造
方法によれば、上記半導体基板上の上記光スイッチ部が
形成される領域とは異なる光増幅部が形成される領域
を、上記スイッチ部が形成される領域を挟むマスクパタ
ーンの間隔よりも小さい間隔を空けてマスクパターンで
挟み、この状態で上記MQW層を含む半導体層をエピタ
キシャル成長し、この成長したエピタキシャル成長層を
所定の導波路パターンにパターニングするようにしたの
で、上記スイッチ部とともに一旦強度が低下した信号光
を効率よく増幅する光増幅部を備えた光スイッチを簡単
な工程で製造できる効果がある。
方法によれば、上記半導体基板上の上記光スイッチ部が
形成される領域とは異なる光増幅部が形成される領域
を、上記スイッチ部が形成される領域を挟むマスクパタ
ーンの間隔よりも小さい間隔を空けてマスクパターンで
挟み、この状態で上記MQW層を含む半導体層をエピタ
キシャル成長し、この成長したエピタキシャル成長層を
所定の導波路パターンにパターニングするようにしたの
で、上記スイッチ部とともに一旦強度が低下した信号光
を効率よく増幅する光増幅部を備えた光スイッチを簡単
な工程で製造できる効果がある。
【0054】更に、この発明にかかる光スイッチの製造
方法は、上記半導体基板上の上記光スイッチ部が形成さ
れる領域とは異なる光吸収部が形成される領域を、上記
スイッチ部が形成される領域を挟んだマスクパターンの
間隔と同等の間隔を空けてマスクパターンで挟み、この
状態で上記MQW層を含む半導体層をエピタキシャル成
長し、この成長したエピタキシャル成長層を所定の導波
路パターンにパターニングするようにしたので、上記ス
イッチ部とともに、上記スイッチ部を通過してしまった
不要な信号光を吸収する光吸収部を備えた光スイッチを
簡単な工程で製造できる効果がある。
方法は、上記半導体基板上の上記光スイッチ部が形成さ
れる領域とは異なる光吸収部が形成される領域を、上記
スイッチ部が形成される領域を挟んだマスクパターンの
間隔と同等の間隔を空けてマスクパターンで挟み、この
状態で上記MQW層を含む半導体層をエピタキシャル成
長し、この成長したエピタキシャル成長層を所定の導波
路パターンにパターニングするようにしたので、上記ス
イッチ部とともに、上記スイッチ部を通過してしまった
不要な信号光を吸収する光吸収部を備えた光スイッチを
簡単な工程で製造できる効果がある。
【図1】この発明の実施例1による光スイッチの構成を
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図2】この発明の実施例1による光スイッチの構成を
示す上面図である。
示す上面図である。
【図3】図2のIII −III 線における断面図である。
【図4】図2のIV−IV線における断面図である。
【図5】図1,2に示す導波路2A〜2Cの内部におけ
る信号光の進路を説明するための図である。
る信号光の進路を説明するための図である。
【図6】スイッチ部に入射する信号光の入射角と反射率
の関係を示した図である。
の関係を示した図である。
【図7】MQW層を構成するウエル層の層厚とMQW層
のエネルギーバンドギャップの関係を示した図である。
のエネルギーバンドギャップの関係を示した図である。
【図8】図1,2に示した光スイッチの製造に用いる半
導体基板の上面図である。
導体基板の上面図である。
【図9】この発明の実施例2による光スイッチの構成を
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図10】この発明の実施例2による光スイッチの構成
を示す上面図である。
を示す上面図である。
【図11】図10のXI−XI線における断面図である。
【図12】図9,10に示した光スイッチの製造に用い
る半導体基板の上面図である。
る半導体基板の上面図である。
【図13】この発明の実施例3による光スイッチの構成
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
【図14】この発明の実施例3による光スイッチの構成
を示す上面図である。
を示す上面図である。
【図15】図14のXV−XV線における断面図である。
【図16】図13,14に示した光スイッチの製造に用
いる半導体基板の上面図である。
いる半導体基板の上面図である。
【図17】図15に示す光導波層31Dの吸収スペクト
ルの変化を示す図である。
ルの変化を示す図である。
【図18】従来の光スイッチの構成を示す斜視図であ
る。
る。
【図19】従来の光スイッチの構成を示す上面図であ
る。
る。
【図20】図19のXX−XX線における断面図である。
【図21】図19のXXI −XXI 線における断面図であ
る。
る。
【図22】図19のXXII−XXII線における断面図であ
る。
る。
1 n型InP基板 2A〜2C 導波路 2A′ n型InP基板1上の導波路2Aが形成さ
れる領域 2B′ n型InP基板1上の導波路2Bが形成さ
れる領域 2C′ n型InP基板1上の導波路2Cが形成さ
れる領域 3a,3b,30a,30b スイッチ部 4〜6 信号光 8,15 電極 9 p型InPクラッド層 10 p型InGaAsPコンタクト層 11 絶縁膜 12 InGaAsP光導波層 13 InGaAsP活性層 14 InPエッチングストッパ層 17,40 光増幅部 31,31′,31A,31D MQW層からなる光導
波層 31a,31a′,31B,31E InGaAsPウ
ェル層 31b,31b′,31C,31F InPまたはIn
GaAsPバリア層 32 n型InPクラッド層 33,34 スイッチ部と導波路との境界部 35,35a,35b マスクパターン 50 光吸収部 100,180,200,300 光スイッチ
れる領域 2B′ n型InP基板1上の導波路2Bが形成さ
れる領域 2C′ n型InP基板1上の導波路2Cが形成さ
れる領域 3a,3b,30a,30b スイッチ部 4〜6 信号光 8,15 電極 9 p型InPクラッド層 10 p型InGaAsPコンタクト層 11 絶縁膜 12 InGaAsP光導波層 13 InGaAsP活性層 14 InPエッチングストッパ層 17,40 光増幅部 31,31′,31A,31D MQW層からなる光導
波層 31a,31a′,31B,31E InGaAsPウ
ェル層 31b,31b′,31C,31F InPまたはIn
GaAsPバリア層 32 n型InPクラッド層 33,34 スイッチ部と導波路との境界部 35,35a,35b マスクパターン 50 光吸収部 100,180,200,300 光スイッチ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成6年9月27日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0031
【補正方法】変更
【補正内容】
【0031】
【数1】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0036
【補正方法】変更
【補正内容】
【0036】先ず、図8に示すように、n型InP基板
1上の導波路2A,2B,2Cが形成されるべき所定領
域2A′,2B′,2C′の上記スイッチ部30a,3
0bが形成される領域を所定間隔(Wa)を空けて例え
ばSiO2 膜からなるマスクパターン35で挟み、この
状態でn型InP基板1上にn−InPクラッド層3
2,光導波層31,31′,p型InPクラッド層9,
p型InGaAsPコンタクト層10を例えばMOCV
D法により順次エピタキシャル成長する。このエピタキ
シャル成長時、上述した特性により、n型InP基板1
上のマスクパターン35で挟まれた領域は、n型InP
基板1上の他の領域よりも成長速度が速くなり、上記各
層はこのマスクパターン35で挟まれた領域に成長した
部分の厚みが他の部分に比べて厚くなる。次に、上記マ
スクパターン35を除去した後、上記導波路2A,2
B,2Cを形成されるべき所定領域2A′,2B′,2
C′以外の領域に成長した上記半導体層をエッチング除
去する。この後、全面にSiO2 からなる絶縁膜11を
形成し、上記工程により残された導波路2A,2B,2
Cを構成する半導体層(上記n−InPクラッド層3
2,光導波層31,31′,p型InPクラッド層9,
p型InGaAsPコンタクト層10)のスイッチ部3
0a,30bとなる部分上にある絶縁膜11を除去し、
例えばAu/Zn/Niからなる電極8を形成し、更
に、n型InP基板1の裏面に例えばCr/Auからな
る電極15を形成すると、図1に示す光スイッチ100
が得られる。
1上の導波路2A,2B,2Cが形成されるべき所定領
域2A′,2B′,2C′の上記スイッチ部30a,3
0bが形成される領域を所定間隔(Wa)を空けて例え
ばSiO2 膜からなるマスクパターン35で挟み、この
状態でn型InP基板1上にn−InPクラッド層3
2,光導波層31,31′,p型InPクラッド層9,
p型InGaAsPコンタクト層10を例えばMOCV
D法により順次エピタキシャル成長する。このエピタキ
シャル成長時、上述した特性により、n型InP基板1
上のマスクパターン35で挟まれた領域は、n型InP
基板1上の他の領域よりも成長速度が速くなり、上記各
層はこのマスクパターン35で挟まれた領域に成長した
部分の厚みが他の部分に比べて厚くなる。次に、上記マ
スクパターン35を除去した後、上記導波路2A,2
B,2Cを形成されるべき所定領域2A′,2B′,2
C′以外の領域に成長した上記半導体層をエッチング除
去する。この後、全面にSiO2 からなる絶縁膜11を
形成し、上記工程により残された導波路2A,2B,2
Cを構成する半導体層(上記n−InPクラッド層3
2,光導波層31,31′,p型InPクラッド層9,
p型InGaAsPコンタクト層10)のスイッチ部3
0a,30bとなる部分上にある絶縁膜11を除去し、
例えばAu/Zn/Niからなる電極8を形成し、更
に、n型InP基板1の裏面に例えばCr/Auからな
る電極15を形成すると、図1に示す光スイッチ100
が得られる。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0040
【補正方法】変更
【補正内容】
【0040】次に、製造方法について説明する。図12
は、この光スイッチ200の製造工程の主要工程を示す
平面図であり、図において、図8と同一符号は同一また
は相当する部分を示している。即ち、この光スイッチの
製造工程は、実施例1の光スイッチの製造工程と基本的
に同じであり、n型InP基板1上にマスクパターン3
5を形成する際、同時にマスクパターン35aを形成
し、光増幅部40が形成されるべき領域を、該マスクパ
ターン35aにより、上記スイッチ部30a,30bが
形成されるべき領域を挟むマスクパターン35の間隔
(Wa)よりも狭い間隔(Wb)(Wa>Wb)でもっ
て挟み、この後、半導体層をエピタキシャル成長するよ
うにし、そして、スイッチ部30a,30bの電極の形
成時に同時にこの光増幅部40にも電極8を形成するよ
うにしたものである。
は、この光スイッチ200の製造工程の主要工程を示す
平面図であり、図において、図8と同一符号は同一また
は相当する部分を示している。即ち、この光スイッチの
製造工程は、実施例1の光スイッチの製造工程と基本的
に同じであり、n型InP基板1上にマスクパターン3
5を形成する際、同時にマスクパターン35aを形成
し、光増幅部40が形成されるべき領域を、該マスクパ
ターン35aにより、上記スイッチ部30a,30bが
形成されるべき領域を挟むマスクパターン35の間隔
(Wa)よりも狭い間隔(Wb)(Wa>Wb)でもっ
て挟み、この後、半導体層をエピタキシャル成長するよ
うにし、そして、スイッチ部30a,30bの電極の形
成時に同時にこの光増幅部40にも電極8を形成するよ
うにしたものである。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0042
【補正方法】変更
【補正内容】
【0042】実施例3.図13,14はこの発明の実施
例3によるエネルギーが0.95eV(波長1.3μm
に対応)の信号光が導波する光スイッチの構成を概略的
に示した斜視図と上面図である。図において、図9,1
0と同一符号は同一または相当する部分を示し、300
は光スイッチで、これは、実施例2の光スイッチ200
の導波路2Aに光吸収部50を形成したもので、この光
吸収部50以外の構成は上記実施例2の光スイッチ20
0と全く同じである。
例3によるエネルギーが0.95eV(波長1.3μm
に対応)の信号光が導波する光スイッチの構成を概略的
に示した斜視図と上面図である。図において、図9,1
0と同一符号は同一または相当する部分を示し、300
は光スイッチで、これは、実施例2の光スイッチ200
の導波路2Aに光吸収部50を形成したもので、この光
吸収部50以外の構成は上記実施例2の光スイッチ20
0と全く同じである。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0043
【補正方法】変更
【補正内容】
【0043】図15は図14のXV−XV線における断面図
で、上記光吸収部50の内部構造を示している。図に示
すように、この光吸収部50の半導体層は、n型InP
基板1上に順次形成されたn型InPクラッド層32,
MQW層からなる光導波層31D,p型InPクラッド
層9及びp型InGaAsPコンタクト層10から構成
されており、MQW層からなる光導波層31Dが、導波
路2A,2Cに形成されたスイッチ部30a,30bに
おける光導波層31′の層厚とそれと同じ厚みに形成さ
れ、そのエネルギーバンドギャップが導波路2A,2C
に形成されたスイッチ部30a,30bにおける光導波
層31′と同じになっている。つまり、InGaAsP
ウェル層31Eの層厚が70オングストロームで、In
GaAsPウェル層31a′(図4参照)と同じであ
り、InP又はInGaAsPバリア層31Fの層厚が
300オングストロームで、InP又はInGaAsP
バリア層31b′(図4参照)と同じになっている。
で、上記光吸収部50の内部構造を示している。図に示
すように、この光吸収部50の半導体層は、n型InP
基板1上に順次形成されたn型InPクラッド層32,
MQW層からなる光導波層31D,p型InPクラッド
層9及びp型InGaAsPコンタクト層10から構成
されており、MQW層からなる光導波層31Dが、導波
路2A,2Cに形成されたスイッチ部30a,30bに
おける光導波層31′の層厚とそれと同じ厚みに形成さ
れ、そのエネルギーバンドギャップが導波路2A,2C
に形成されたスイッチ部30a,30bにおける光導波
層31′と同じになっている。つまり、InGaAsP
ウェル層31Eの層厚が70オングストロームで、In
GaAsPウェル層31a′(図4参照)と同じであ
り、InP又はInGaAsPバリア層31Fの層厚が
300オングストロームで、InP又はInGaAsP
バリア層31b′(図4参照)と同じになっている。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0044
【補正方法】変更
【補正内容】
【0044】次に、製造方法について説明する。図16
は、この光スイッチ300の製造工程の主要工程を示す
平面図であり、図において、図12と同一符号は同一ま
たは相当する部分を示している。即ち、この光スイッチ
の製造工程は、実施例2の光スイッチの製造工程と基本
的に同じであり、実施例2の光スイッチの製造工程にお
いて、n型InP基板1上にマスクパターン35,35
aを形成する際、更にマスクパターン35bを形成し、
光吸収部50が形成されるべき領域を、このマスクパタ
ーン35bとマスクパターン35aとで、スイッチ部が
形成されるべき領域を挟むマスクパターン35の間隔
(Wa)と同じ間隔(Wc)(Wa=Wc)でもって挟
み、この後、半導体層をエピタキシャル成長するように
し、そして、スイッチ部30a,30b及び光増幅部4
0の電極の形成時に同時にこの光吸収部50にも電極8
を形成するようにしたものである。
は、この光スイッチ300の製造工程の主要工程を示す
平面図であり、図において、図12と同一符号は同一ま
たは相当する部分を示している。即ち、この光スイッチ
の製造工程は、実施例2の光スイッチの製造工程と基本
的に同じであり、実施例2の光スイッチの製造工程にお
いて、n型InP基板1上にマスクパターン35,35
aを形成する際、更にマスクパターン35bを形成し、
光吸収部50が形成されるべき領域を、このマスクパタ
ーン35bとマスクパターン35aとで、スイッチ部が
形成されるべき領域を挟むマスクパターン35の間隔
(Wa)と同じ間隔(Wc)(Wa=Wc)でもって挟
み、この後、半導体層をエピタキシャル成長するように
し、そして、スイッチ部30a,30b及び光増幅部4
0の電極の形成時に同時にこの光吸収部50にも電極8
を形成するようにしたものである。
【手続補正7】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0046
【補正方法】変更
【補正内容】
【0046】上述したように、光吸収部50の光導波層
31Dは、そのエネルギーバンドギャップが、信号光の
エネルギーより少し大きい値を持つように、InGaA
sPウェル層31Eの厚みが設定されている。そして、
光吸収部50に電極8,15より逆バイアス電圧を印加
すると、量子閉込めシュタルク効果により光導波層31
Dの吸収スペクトルが変化する。図17は、光導波層3
1Dの吸収スペクトルの変化を示す図である。図中矢印
aは信号光のエネルギーである。この図に示すように、
光吸収部50に電圧を印加しない時は、信号光は光吸収
部50を透過するが、逆バイアス電圧を印加すると、信
号光は光吸収部50で吸収されることになる。従って、
光スイッチ部30aで反射されずに透過してきた信号光
は光吸収部50に逆バイアスを印加することにより、該
光吸収部50で吸収される。
31Dは、そのエネルギーバンドギャップが、信号光の
エネルギーより少し大きい値を持つように、InGaA
sPウェル層31Eの厚みが設定されている。そして、
光吸収部50に電極8,15より逆バイアス電圧を印加
すると、量子閉込めシュタルク効果により光導波層31
Dの吸収スペクトルが変化する。図17は、光導波層3
1Dの吸収スペクトルの変化を示す図である。図中矢印
aは信号光のエネルギーである。この図に示すように、
光吸収部50に電圧を印加しない時は、信号光は光吸収
部50を透過するが、逆バイアス電圧を印加すると、信
号光は光吸収部50で吸収されることになる。従って、
光スイッチ部30aで反射されずに透過してきた信号光
は光吸収部50に逆バイアスを印加することにより、該
光吸収部50で吸収される。
【手続補正8】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0047
【補正方法】変更
【補正内容】
【0047】このような本実施例の光スイッチ300で
は、上記実施例2の光スイッチ200と同様の効果が得
られるとともに、光吸収部50における光導波層31D
のInGaAsPウェル層31Eの厚みを、スイッチ部
30a,30bにおける光導波層31′のInGaAs
Pウェル層31a′と同じにして、そのエネルギーバン
ドギャップを信号光のエネルギーよりも少し大きくして
いるので、該光吸収部50に逆バイアスを印加すること
により、量子閉込めシュタルク効果によりその吸収スペ
クトルが変化して、スイッチ部30aを透過した光が該
光吸収部50で吸収されることになり、その結果、スイ
ッチングの精度がより一層向上する。
は、上記実施例2の光スイッチ200と同様の効果が得
られるとともに、光吸収部50における光導波層31D
のInGaAsPウェル層31Eの厚みを、スイッチ部
30a,30bにおける光導波層31′のInGaAs
Pウェル層31a′と同じにして、そのエネルギーバン
ドギャップを信号光のエネルギーよりも少し大きくして
いるので、該光吸収部50に逆バイアスを印加すること
により、量子閉込めシュタルク効果によりその吸収スペ
クトルが変化して、スイッチ部30aを透過した光が該
光吸収部50で吸収されることになり、その結果、スイ
ッチングの精度がより一層向上する。
Claims (9)
- 【請求項1】 少なくとも光導波層と、該光導波層を挟
む第1及び第2のクラッド層とからなる導波路の所定部
分に、電流注入によってその屈折率が低下して該導波路
を導波する信号光を遮断するスイッチ部を形成してなる
光スイッチにおいて、 上記光導波層は、その上記スイッチ部を構成する部分の
層厚がその上記スイッチ部を構成する部分以外の他の部
分の厚みより厚くなるよう形成された多重量子井戸層か
らなり、 上記光導波層の上記スイッチ部を構成する部分のエネル
ギーバンドギャップが、上記光導波層の上記スイッチ部
を構成する部分以外の他の部分のそれより小さく、か
つ、上記信号光のエネルギーより大きくなっていること
を特徴とする光スイッチ。 - 【請求項2】 請求項1に記載の光スイッチにおいて、 上記多重量子井戸構造からなる光導波層はInGaAs
Pウエル層と、InPまたはInGaAsPバリア層と
で構成され、 上記第1及び第2のクラッド層はInP層で構成されて
いることを特徴とする光スイッチ。 - 【請求項3】 光導波層と、該光導波層を挟む第1,第
2のクラッド層とからなる導波路の所定部分に、電流注
入によってその屈折率が低下して該導波路を導波する信
号光を遮断するスイッチ部と、電流注入によって該信号
光を増幅する光増幅部とを形成してなる光スイッチにお
いて、 上記光導波層は、上記スイッチ部を構成する部分の厚み
が、上記スイッチ部及び上記光増幅部を構成する部分以
外の部分の厚みより厚く、かつ、上記光増幅部を構成す
る部分の厚みが、上記スイッチ部を構成する部分の厚み
より厚くなるよう形成された多重量子井戸層からなり、 上記光導波層の上記スイッチ部を構成する部分のエネル
ギーバンドギャップが、上記光導波層の上記スイッチ部
及び上記光増幅部を構成する部分以外の他の部分のエネ
ルギーバンドギャップより小さく、かつ、上記信号光の
エネルギーより大きく、 上記光導波層の上記光増幅部を構成する部分のエネルギ
ーバンドギャップが、上記信号光のエネルギーより小さ
くなっていることを特徴とする光スイッチ。 - 【請求項4】 請求項3に記載の光スイッチにおいて、 上記多重量子井戸構造からなる光導波層はInGaAs
Pウエル層と、InPまたはInGaAsPバリア層と
で構成され、 上記第1及び第2のクラッド層はInP層で構成されて
いることを特徴とする光スイッチ。 - 【請求項5】 少なくとも光導波層と、該光導波層を挟
む第1及び第2のクラッド層とからなる導波路の所定部
分に、電流注入によってその屈折率が低下して該導波路
を導波する信号光を遮断するスイッチ部を形成してなる
光スイッチにおいて、 上記導波路における上記スイッチ部の近傍に、電圧印加
によって上記スイッチ部を通過した信号光が吸収される
光吸収部を形成し、 上記光導波層は、上記スイッチ部及び上記光吸収部を構
成する部分の厚みが、上記スイッチ部及び上記光吸収部
を構成する部分以外の部分の厚みより厚く形成された多
重量子井戸層からなり、 上記光導波層の上記スイッチ部及び上記光吸収部を構成
する部分のエネルギーバンドギャップが、上記光導波層
の上記スイッチ部及び上記光吸収部を構成する部分以外
の部分のそれより小さく、かつ、上記信号光のエネルギ
ーより大きくなっていることを特徴とする光スイッチ。 - 【請求項6】 請求項3に記載の光スイッチにおいて、 上記多重量子井戸構造からなる光導波層はInGaAs
Pウエル層と、InPまたはInGaAsPバリア層と
で構成され、 上記第1及び第2のクラッド層はInP層で構成されて
いることを特徴とする光スイッチ。 - 【請求項7】 信号光が導波する導波路に、該信号光を
遮断または通過させるスイッチ部を形成してなる光スイ
ッチを製造する方法において、 半導体基板上の上記スイッチ部を形成すべき領域の周囲
に、該領域を所定間隔を空けて挟むように絶縁膜パター
ンを形成する工程と、 上記半導体基板上に第1クラッド層を結晶成長する工程
と、 該第1クラッド層上に、上記半導体基板上の上記スイッ
チ部を形成すべき領域に成長する部分のエネルギーバン
ドギャップが上記信号光のエネルギーより大きくなるよ
うに、多重量子井戸層からなる光導波層を結晶成長する
工程と、 該光導波層上に第2クラッド層を結晶成長する工程と、 上記工程により得られた第1クラッド層,光導波層,及
び,第2クラッド層ををパターニングして所望の導波パ
ターンを形成する工程と、 上記半導体基板の裏面と上記導波路パターンの上記スイ
ッチ部となる部分上に電極を形成する工程とを含むこと
を特徴とする光スイッチの製造方法。 - 【請求項8】 信号光が導波する導波路に、該信号光を
遮断または通過させるスイッチ部と、該信号光を増幅す
る光増幅部とを形成してなる光スイッチを製造する方法
において、 半導体基板上の上記スイッチ部を形成すべき領域の周囲
に、該領域を所定間隔を空けて挟むように第1の絶縁膜
パターンを形成し、該半導体基板上の上記光増幅部を形
成すべき領域の周囲に、該領域を上記所定間隔よりも小
さい間隔を空けて挟むように第2の絶縁膜パターンを形
成する工程と、 上記半導体基板上に第1クラッド層を結晶成長する工程
と、 該第1クラッド層上に結晶成長を行い、この際、該結晶
成長膜の組成と、上記小さい間隔との設定により、上記
半導体基板上の上記スイッチ部を形成すべき領域に成長
する部分のエネルギーバンドギャップが上記信号光のエ
ネルギーより大きく、上記半導体基板上の上記光増幅部
を形成すべき領域に成長する部分のエネルギーバンドギ
ャップが上記信号光のエネルギーより小さい、多重量子
井戸層からなる光導波層を形成する工程と、 該光導波層上に第2クラッド層を結晶成長する工程と、 上記工程により得られた第1クラッド層,光導波層,及
び,第2クラッド層ををパターニングして所望の導波路
パターンを形成する工程と、 上記半導体基板の裏面と上記導波路パターンの上記スイ
ッチ部及び光増幅部となる部分上に電極を形成する工程
とを含むことを特徴とする光スイッチの製造方法。 - 【請求項9】 信号光が導波する導波路に、該信号光を
遮断または通過させるスイッチ部と、該信号光を吸収す
る光吸収部とを形成してなる光スイッチを製造する方法
において、 半導体基板上の上記スイッチ部を形成すべき領域の周囲
と、該領域の近傍の上記光吸収部を形成すべき領域の周
囲とに、これらの領域を所定間隔を空けて挟むように絶
縁膜パターンを形成する工程と、 上記半導体基板上に第1クラッド層を結晶成長する工程
と、 該第1クラッド層上に、上記半導体基板上の上記スイッ
チ部及び光吸収部を形成すべき領域に成長する部分のエ
ネルギーバンドギャップが上記信号光のエネルギーより
大きくなるように、多重量子井戸層からなる光導波層を
結晶成長する工程と、 該光導波層上に第2クラッド層を結晶成長する工程と、 上記工程により得られた第1クラッド層,光導波層,及
び,第2クラッド層ををパターニングして所望の導波路
パターンを形成する工程と、 上記半導体基板の裏面と上記導波路パターンの上記スイ
ッチ部及び光吸収部となる部分上に電極を形成する工程
とを含むことを特徴とする光スイッチの製造方法。
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---|---|---|---|
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