JP2873062B2 - 光集積装置およびその製造方法 - Google Patents
光集積装置およびその製造方法Info
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- G—PHYSICS
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体材料製基板上に集積された少なくと
も1つの光導波路を備えた光集積装置およびその製造方
法に関する。
も1つの光導波路を備えた光集積装置およびその製造方
法に関する。
半導体材料製基板上に集積された光導波路を備えた光
集積装置は、導波路を必要としその導波路内を案内され
たモードの伝播定数が電気信号によって変えられ得る例
えば光スイッチまたは同調可能なフィルタである。伝播
定数の変更は導波路の有効屈折率の変更によって、また
は電荷キャリヤの注入(プラズマ効果、IOOC−EC0C、第
357頁〜第360頁、1985年参照)によって、または電界の
使用(電気光学効果、SPIE、Vol.587、第180頁〜第187
頁、1985年参照)によって行われ得る。
集積装置は、導波路を必要としその導波路内を案内され
たモードの伝播定数が電気信号によって変えられ得る例
えば光スイッチまたは同調可能なフィルタである。伝播
定数の変更は導波路の有効屈折率の変更によって、また
は電荷キャリヤの注入(プラズマ効果、IOOC−EC0C、第
357頁〜第360頁、1985年参照)によって、または電界の
使用(電気光学効果、SPIE、Vol.587、第180頁〜第187
頁、1985年参照)によって行われ得る。
光集積スイッチング回路は受動形導波路の他に多数の
電気的制御可能な導波路ならびにレーザーおよび増幅器
の如き能動形導波路を含んでいる。
電気的制御可能な導波路ならびにレーザーおよび増幅器
の如き能動形導波路を含んでいる。
このような種々異なった要素を共通の基板上に製造し
て結合することがかかる光集積スイッチング回路の製造
を困難にしている。
て結合することがかかる光集積スイッチング回路の製造
を困難にしている。
本発明の課題は、同一の導波路が受動形導波路として
使用可能でありかつ電気的制御可能な導波路としても駆
動可能であり、さらにこの導波路は損失が少なくなるよ
うな冒頭で述べた種類の光集積装置およびその製造方法
を提供することにある。
使用可能でありかつ電気的制御可能な導波路としても駆
動可能であり、さらにこの導波路は損失が少なくなるよ
うな冒頭で述べた種類の光集積装置およびその製造方法
を提供することにある。
このような課題を解決するために、本発明による光集
積装置では、光導波路は基板のドーピングされないかま
たはnドーピングされた導波膜とこの導波膜上に形成さ
れた半導体材料製リブとによって構成されたリブ形導波
路から成り、このリブ形導波路の領域では導波膜の上方
または下方に、pドーピングされた材料からnドーピン
グされた材料に至る外部から電気的結合可能な接合部
(pn接合部)またはpドーピングされた材料からドーピ
ングされない材料に至りかつドーピングされない材料か
らnドーピングされた材料に至る外部から電気的結合可
能な接合部(pin接合部)が集積されて、pドーピング
された材料からnドーピングされるかまたはドーピング
されない材料に至る接合部は導波膜から所定の距離をも
って配置されかつpドーピングされた材料は接合部の導
波膜とは反対側に配置される。
積装置では、光導波路は基板のドーピングされないかま
たはnドーピングされた導波膜とこの導波膜上に形成さ
れた半導体材料製リブとによって構成されたリブ形導波
路から成り、このリブ形導波路の領域では導波膜の上方
または下方に、pドーピングされた材料からnドーピン
グされた材料に至る外部から電気的結合可能な接合部
(pn接合部)またはpドーピングされた材料からドーピ
ングされない材料に至りかつドーピングされない材料か
らnドーピングされた材料に至る外部から電気的結合可
能な接合部(pin接合部)が集積されて、pドーピング
された材料からnドーピングされるかまたはドーピング
されない材料に至る接合部は導波膜から所定の距離をも
って配置されかつpドーピングされた材料は接合部の導
波膜とは反対側に配置される。
また本発明による光集積装置の製造方法では、nドー
ピングされた半導体材料から成る基板の形態の出発基体
が使用され、基板上にはnドーピングされるかまたはド
ーピングされない導波膜が設けられ、この導波膜上には
nドーピングされるかまたはドーピングされない間隔膜
が設けられ、この間隔膜上にはpドーピングされた半導
体材料から成る膜が設けられ、このpドーピングされた
膜は、リブ形導波路のパターンを形成してpドーピング
された材料から成る1つまたは複数のリブが残るように
除去され、リブは電気絶縁膜によって被覆され、この電
気絶縁膜には電気的結合されるべき各リブのために接触
窓が明けられ、リブ上には電気的接触電極が設けられ、
この接触電極はnドーピングされた基板上に設けられた
対向電極を有するようにされる。
ピングされた半導体材料から成る基板の形態の出発基体
が使用され、基板上にはnドーピングされるかまたはド
ーピングされない導波膜が設けられ、この導波膜上には
nドーピングされるかまたはドーピングされない間隔膜
が設けられ、この間隔膜上にはpドーピングされた半導
体材料から成る膜が設けられ、このpドーピングされた
膜は、リブ形導波路のパターンを形成してpドーピング
された材料から成る1つまたは複数のリブが残るように
除去され、リブは電気絶縁膜によって被覆され、この電
気絶縁膜には電気的結合されるべき各リブのために接触
窓が明けられ、リブ上には電気的接触電極が設けられ、
この接触電極はnドーピングされた基板上に設けられた
対向電極を有するようにされる。
光導波路において半導体材料に主としてpドーピング
された材料によって損失が生ぜしめられることは知られ
ている(刊行物「アイイーイーイー・ジャーナル・オブ
・クバンタム・エレクトロニクス(IEEE Journal of
Quantum Electronics)」QU−19、第947頁〜第952
頁、1983年)。本発明による光集積装置においては、導
波膜はpドーピングされておらず、そして、pドーピン
グされた材料からnドーピングされるかまたはドーピン
グされない材料に至る接合部は、pドーピングされた材
料がこの接合部の導波膜とは反対側に配置されるように
かかる導波膜から所定の距離をもって配置される。この
ことによって、導波膜内を案内された光モードと損失を
もたらすpドーピングされた材料とのオーバーラップは
少なくなり、従って導波膜での損失は著しく低減され
る。
された材料によって損失が生ぜしめられることは知られ
ている(刊行物「アイイーイーイー・ジャーナル・オブ
・クバンタム・エレクトロニクス(IEEE Journal of
Quantum Electronics)」QU−19、第947頁〜第952
頁、1983年)。本発明による光集積装置においては、導
波膜はpドーピングされておらず、そして、pドーピン
グされた材料からnドーピングされるかまたはドーピン
グされない材料に至る接合部は、pドーピングされた材
料がこの接合部の導波膜とは反対側に配置されるように
かかる導波膜から所定の距離をもって配置される。この
ことによって、導波膜内を案内された光モードと損失を
もたらすpドーピングされた材料とのオーバーラップは
少なくなり、従って導波膜での損失は著しく低減され
る。
本発明によるリブ形導波路は、pnまたはpin接合部が
電気的に結合される場合には、低損失の受動形導波路と
して有利に使用可能であり、また低損失の電気的に制御
可能な導波路として有利に駆動可能である。本発明によ
るリブ形導波路を用いると、pnまたはpin接合部がリブ
の全長に亘って延在しかつこの導波路の所定の個所では
接合部が外部から電気的接触部を設けられることによっ
て、受動形導波路と制御可能な導波路との組合わせを有
利に構成することができる。リブ形導波路の電気的に結
合されない個所は低損失の受動形導波路を形成し、そし
て電気的に結合される個所は接触部への電気信号の印加
によって極性に応じて電荷キャリヤの注入または電界に
より制御可能である低損失の制御可能な導波路を形成す
る。これによって、能動形導波路、電気的に制御可能な
導波路および受動形導波路を用いて光集積スイッチング
回路を製造する際に必要な技術的必要条件が決定的に低
減する。
電気的に結合される場合には、低損失の受動形導波路と
して有利に使用可能であり、また低損失の電気的に制御
可能な導波路として有利に駆動可能である。本発明によ
るリブ形導波路を用いると、pnまたはpin接合部がリブ
の全長に亘って延在しかつこの導波路の所定の個所では
接合部が外部から電気的接触部を設けられることによっ
て、受動形導波路と制御可能な導波路との組合わせを有
利に構成することができる。リブ形導波路の電気的に結
合されない個所は低損失の受動形導波路を形成し、そし
て電気的に結合される個所は接触部への電気信号の印加
によって極性に応じて電荷キャリヤの注入または電界に
より制御可能である低損失の制御可能な導波路を形成す
る。これによって、能動形導波路、電気的に制御可能な
導波路および受動形導波路を用いて光集積スイッチング
回路を製造する際に必要な技術的必要条件が決定的に低
減する。
pn接合部またはpin接合部は導波膜内へ電荷キャリヤ
注入を行う場合には順方向に駆動されるダイオードとし
て使用され、電気光学効果を利用する場合には逆方向に
駆動されるダイオードとして使用される。このことを可
能にするために、導波路はこの接合部のドーピングを異
ならせた材料間に配置されなければならない。簡単化す
るために、接合部の一方のドーピング材料はリブ内に含
まれ、他方のドーピング材料は少なくとも導波膜の下方
で基板内に含まれる。このことによって、接合部への電
気的結合を行うためにリブと基板とは外部から電気的接
触部を設けることができるという利点が奏される。特
に、pドーピングされた材料はリブ内に含まれ、nドー
ピングされた材料は少なくとも導波膜の下方で基板内に
含まれる(請求項2)。
注入を行う場合には順方向に駆動されるダイオードとし
て使用され、電気光学効果を利用する場合には逆方向に
駆動されるダイオードとして使用される。このことを可
能にするために、導波路はこの接合部のドーピングを異
ならせた材料間に配置されなければならない。簡単化す
るために、接合部の一方のドーピング材料はリブ内に含
まれ、他方のドーピング材料は少なくとも導波膜の下方
で基板内に含まれる。このことによって、接合部への電
気的結合を行うためにリブと基板とは外部から電気的接
触部を設けることができるという利点が奏される。特
に、pドーピングされた材料はリブ内に含まれ、nドー
ピングされた材料は少なくとも導波膜の下方で基板内に
含まれる(請求項2)。
本発明による光集積装置の優れた実施態様において
は、リブと基板とはInPから構成され、導波膜はInGaAsP
から構成され、pドーピングされた材料からnドーピン
グされるかまたはドーピングされない材料に至る接合部
と導波膜との間の距離内には、導波膜の材料に比較して
小さな屈折率を有するInGaAsPが含まれる(請求項
3)。本発明による光集積装置は他の半導体材料、例え
ばGaAlAs/GaAs系においても形成され得る。
は、リブと基板とはInPから構成され、導波膜はInGaAsP
から構成され、pドーピングされた材料からnドーピン
グされるかまたはドーピングされない材料に至る接合部
と導波膜との間の距離内には、導波膜の材料に比較して
小さな屈折率を有するInGaAsPが含まれる(請求項
3)。本発明による光集積装置は他の半導体材料、例え
ばGaAlAs/GaAs系においても形成され得る。
pドーピングされた材料からnドーピングされるかま
たはドーピングされない材料に至る接合部と導波膜との
間の距離が、この導波膜内に誘起されるべき電荷キャリ
ヤの拡散長よりも小さく選定されることは有利である
(請求項4)。この距離は電荷キャリヤ注入が使用され
る場合には導波膜内に誘起されたキャリヤには大きな影
響を与えない。同様にこれによって、リブから例えば数
μmの微小距離にてリブ形導波路に対して平行に側方に
延在する導波路内の損失が自由電荷キャリヤによって可
成り高められることはなくなる。このことは例えば光集
積方向性結合器の形態の低損失形光スイッチを実現する
のに有利である。
たはドーピングされない材料に至る接合部と導波膜との
間の距離が、この導波膜内に誘起されるべき電荷キャリ
ヤの拡散長よりも小さく選定されることは有利である
(請求項4)。この距離は電荷キャリヤ注入が使用され
る場合には導波膜内に誘起されたキャリヤには大きな影
響を与えない。同様にこれによって、リブから例えば数
μmの微小距離にてリブ形導波路に対して平行に側方に
延在する導波路内の損失が自由電荷キャリヤによって可
成り高められることはなくなる。このことは例えば光集
積方向性結合器の形態の低損失形光スイッチを実現する
のに有利である。
電界によって制御する場合には、請求項4の規定によ
り、電界はpドーピングされた材料からnドーピングさ
れるかまたはドーピングされない材料に至る接合部と導
波膜との間の領域内ならびにその導波膜自体の内部に形
成される。その場合、電界は導波膜内を案内されるモー
ドと良好に重なり、そして電界はリブの縁部を超えて側
方に非常に僅かだけ、例えば1μmだけ延在し、これに
よって低損失形光スイッチを設計するための空間的分解
能が良好になる。
り、電界はpドーピングされた材料からnドーピングさ
れるかまたはドーピングされない材料に至る接合部と導
波膜との間の領域内ならびにその導波膜自体の内部に形
成される。その場合、電界は導波膜内を案内されるモー
ドと良好に重なり、そして電界はリブの縁部を超えて側
方に非常に僅かだけ、例えば1μmだけ延在し、これに
よって低損失形光スイッチを設計するための空間的分解
能が良好になる。
本発明による光集積装置によれば、案内された光モー
ドが一方の導波路から他方の導波路へ断熱的に入射する
ように本発明による2つのリブ形導波路が使用される場
合には、著しく低損失の光スイッチが実現され得る。
ドが一方の導波路から他方の導波路へ断熱的に入射する
ように本発明による2つのリブ形導波路が使用される場
合には、著しく低損失の光スイッチが実現され得る。
本発明による光集積装置の特に光スイッチとして使用
可能な実施態様によれば、基板上には一部分が微少間隔
にて並んで延在する2個のリブ形導波路が、一方のリブ
形導波路内を案内された光モードが他方のリブ形導波路
内へ側方から移行し得るように集積され、各リブ形導波
路は基板のnドーピングされるかまたはドーピングされ
ない導波膜とそれぞれこの導波膜上に形成された半導体
材料製リブとによって構成され、各リブ形導波路の領域
では導波膜の上方または下方に、リブの全長に亘って延
在して外部から電気的に結合可能なpnまたはpin接合部
がそれぞれ集積されて、pドーピングされた材料からn
ドーピングされるかまたはドーピングされない材料に至
る接合部は導波膜から所定の距離をもって配置されかつ
pドーピングされた材料は接合部の導波膜とは反対側に
配置され、その場合pnまたはpin接合部は一部分が少な
くとも1つのリブ形導波路に電気的に結合される(請求
項5)。
可能な実施態様によれば、基板上には一部分が微少間隔
にて並んで延在する2個のリブ形導波路が、一方のリブ
形導波路内を案内された光モードが他方のリブ形導波路
内へ側方から移行し得るように集積され、各リブ形導波
路は基板のnドーピングされるかまたはドーピングされ
ない導波膜とそれぞれこの導波膜上に形成された半導体
材料製リブとによって構成され、各リブ形導波路の領域
では導波膜の上方または下方に、リブの全長に亘って延
在して外部から電気的に結合可能なpnまたはpin接合部
がそれぞれ集積されて、pドーピングされた材料からn
ドーピングされるかまたはドーピングされない材料に至
る接合部は導波膜から所定の距離をもって配置されかつ
pドーピングされた材料は接合部の導波膜とは反対側に
配置され、その場合pnまたはpin接合部は一部分が少な
くとも1つのリブ形導波路に電気的に結合される(請求
項5)。
この実施態様は光集積方向性結合器の形態および光集
積マッハ・ゼーンダー(Mach−Zehnder)干渉計の形態
の低損失形光スイッチを実現するために特に適する。方
向性結合器においては、少なくとも1つのリブ形導波路
のpnまたはpin接合部は電気的制御を行うために結合領
域において電気的に結合されなければならない。2つの
3dB方向性結合器間に配置された移相器領域を有するマ
ッハ・ゼーンダー干渉計においては、接触部は結合器の
領域内ならびに移相器領域内に取付けられ得る。
積マッハ・ゼーンダー(Mach−Zehnder)干渉計の形態
の低損失形光スイッチを実現するために特に適する。方
向性結合器においては、少なくとも1つのリブ形導波路
のpnまたはpin接合部は電気的制御を行うために結合領
域において電気的に結合されなければならない。2つの
3dB方向性結合器間に配置された移相器領域を有するマ
ッハ・ゼーンダー干渉計においては、接触部は結合器の
領域内ならびに移相器領域内に取付けられ得る。
多数の導波路から成る1つまたは複数のパターンを備
えた本発明による光集積装置は、nドーピングされた半
導体材料から成る基板の形態の出発基体が使用され、そ
の基板上にはnドーピングされるかまたはドーピングさ
れない導波膜が設けられ、この導波膜上にはnドーピン
グされるかまたはドーピングされない間隔膜が設けら
れ、この間隔膜上にはpドーピングされた半導体材料か
ら成る膜が設けられ、このpドーピングされた膜はリブ
形導波路のパターンを形成してpドーピングされた材料
から成る1つまたは複数のリブが残るように除去され、
リブは電気絶縁膜によって被覆され、この電気絶縁膜に
は電気的結合されるべき各リブのために接触窓が明けら
れ、リブ上には電気的接触電極が設けられ、この接触電
極がnドーピングされた基板上に設けられた対向電極を
有することによって簡単に製造され得る(請求項6)。
えた本発明による光集積装置は、nドーピングされた半
導体材料から成る基板の形態の出発基体が使用され、そ
の基板上にはnドーピングされるかまたはドーピングさ
れない導波膜が設けられ、この導波膜上にはnドーピン
グされるかまたはドーピングされない間隔膜が設けら
れ、この間隔膜上にはpドーピングされた半導体材料か
ら成る膜が設けられ、このpドーピングされた膜はリブ
形導波路のパターンを形成してpドーピングされた材料
から成る1つまたは複数のリブが残るように除去され、
リブは電気絶縁膜によって被覆され、この電気絶縁膜に
は電気的結合されるべき各リブのために接触窓が明けら
れ、リブ上には電気的接触電極が設けられ、この接触電
極がnドーピングされた基板上に設けられた対向電極を
有することによって簡単に製造され得る(請求項6)。
次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。
る。
第1図および第2図に示された光集積方向性結合器は
両光集積導波路WL1、WL2によって一般に知られた方法で
構成される。両光集積導波路WL1、WL2は結合領域Lで
は、案内された光モードがこの結合領域Lにおいて一方
の導波路から他方の導波路へ移行し得るような微少間隔
dにて配置されている。少なくとも1つの導波路の有効
屈折率を電気的に制御して変えることによってかかる方
向性結合器は良く知られているように光スイッチとして
駆動され得る。
両光集積導波路WL1、WL2によって一般に知られた方法で
構成される。両光集積導波路WL1、WL2は結合領域Lで
は、案内された光モードがこの結合領域Lにおいて一方
の導波路から他方の導波路へ移行し得るような微少間隔
dにて配置されている。少なくとも1つの導波路の有効
屈折率を電気的に制御して変えることによってかかる方
向性結合器は良く知られているように光スイッチとして
駆動され得る。
この方向性結合器の特色は、光集積導波路WL1、WL2が
リブの全長に亘って延在して結合領域Lにおいて電気的
に結合されるpn接合またはpin接合をそれぞれ備えた本
発明によるリブ形導波路によって構成されていることで
ある。両リブ形導波路は同一の有効屈折率を有するよう
に設計され、そして結合領域Lの長さは一方の導波路、
例えば導波路WL1内に入射する光パワーPinが結合領域L
において完全に他方の導波路WL2内に移行してこの導波
路WL2から出力パワーPoutとして取出し可能である(第
1図参照)ように選定される。
リブの全長に亘って延在して結合領域Lにおいて電気的
に結合されるpn接合またはpin接合をそれぞれ備えた本
発明によるリブ形導波路によって構成されていることで
ある。両リブ形導波路は同一の有効屈折率を有するよう
に設計され、そして結合領域Lの長さは一方の導波路、
例えば導波路WL1内に入射する光パワーPinが結合領域L
において完全に他方の導波路WL2内に移行してこの導波
路WL2から出力パワーPoutとして取出し可能である(第
1図参照)ように選定される。
導波路WL2の接触電極K2に所定の電気信号を印加する
と、当該導波路WL2の有効屈折率は電荷キャリヤまたは
電界が誘起されて、導波路WL1から導波路WL2への入力パ
ワーPinの移行が起こらないように変えられる。この場
合、入力パワーPinは導波路WL1から出力パワーPoutとし
て取出し可能であり、それによって方向性結合器は他の
スイッチング状態に切り換えられる(第2図参照)。
と、当該導波路WL2の有効屈折率は電荷キャリヤまたは
電界が誘起されて、導波路WL1から導波路WL2への入力パ
ワーPinの移行が起こらないように変えられる。この場
合、入力パワーPinは導波路WL1から出力パワーPoutとし
て取出し可能であり、それによって方向性結合器は他の
スイッチング状態に切り換えられる(第2図参照)。
第3図に示された光集積マッハ・ゼーンダー干渉計は
2個の3dB方向性結合器RK1、RK2から構成され、両方向
性結合器RK1、RK2間には移相器部材PSAが配置されてい
る。ここにおいても同様にこの干渉計の特色は、両導波
路WL1、WL2がリブの全長に亘って延在して例えば方向性
結合器RK1の結合領域および(または)移相器領域PSAに
おいて電気的に結合されるpn接合またはpin接合をそれ
ぞれ備えた本発明によるリブ形導波路によって構成され
ていることである。リブ形導波路のリブ上に設けられた
接触電極は第3図においてはK1〜K4にて示されている。
2個の3dB方向性結合器RK1、RK2から構成され、両方向
性結合器RK1、RK2間には移相器部材PSAが配置されてい
る。ここにおいても同様にこの干渉計の特色は、両導波
路WL1、WL2がリブの全長に亘って延在して例えば方向性
結合器RK1の結合領域および(または)移相器領域PSAに
おいて電気的に結合されるpn接合またはpin接合をそれ
ぞれ備えた本発明によるリブ形導波路によって構成され
ていることである。リブ形導波路のリブ上に設けられた
接触電極は第3図においてはK1〜K4にて示されている。
第4図には第1図および第2図に示された方向性結合
器の詳細構成が本発明による他の光集積装置のために代
表的に図示されている。この第4図によれば、nドーピ
ングされたInP基板Sは僅かにnドーピングされたInP緩
衝膜PSを有し、この緩衝膜PS上にはInGaAsP導波膜wSが
設けられている。この導波膜wSは出来る限りドーピング
されてはならない。実際にはこのことは製作技術上の理
由から出来ないかまたは困難であり、故意ではなくドー
ピングされた導波膜wSを甘受しなければならない。この
ドーピングは出来る限り僅かなnドーピングでなければ
ならず、決してpドーピングであってはならない。導波
膜wS上にはInGaAsP間隔膜ASが設けられており、この間
隔膜ASは同様にドーピングされないかまたは導波膜wSの
場合と同じ理由から如何なる場合にも出来る限り僅かに
nドーピングされ、決してpドーピングされてはならな
い。
器の詳細構成が本発明による他の光集積装置のために代
表的に図示されている。この第4図によれば、nドーピ
ングされたInP基板Sは僅かにnドーピングされたInP緩
衝膜PSを有し、この緩衝膜PS上にはInGaAsP導波膜wSが
設けられている。この導波膜wSは出来る限りドーピング
されてはならない。実際にはこのことは製作技術上の理
由から出来ないかまたは困難であり、故意ではなくドー
ピングされた導波膜wSを甘受しなければならない。この
ドーピングは出来る限り僅かなnドーピングでなければ
ならず、決してpドーピングであってはならない。導波
膜wS上にはInGaAsP間隔膜ASが設けられており、この間
隔膜ASは同様にドーピングされないかまたは導波膜wSの
場合と同じ理由から如何なる場合にも出来る限り僅かに
nドーピングされ、決してpドーピングされてはならな
い。
間隔膜AS上にはpドーピングされたInPリブR1、R2が
設けられており、その長手方向は紙面に垂直になってい
る。各リブR1、R2は導波膜wSと一緒に導波路WL1、WL2を
形成しており、その断面領域はほぼ閉曲線E1、E2によっ
て限定される。即ち案内された光モードは主として当該
閉曲線E1、E2の内部と導波膜wS内とを案内される。
設けられており、その長手方向は紙面に垂直になってい
る。各リブR1、R2は導波膜wSと一緒に導波路WL1、WL2を
形成しており、その断面領域はほぼ閉曲線E1、E2によっ
て限定される。即ち案内された光モードは主として当該
閉曲線E1、E2の内部と導波膜wS内とを案内される。
リブR1、R2のpドーピングされた材料から間隔膜ASの
nドーピングされるかまたはドーピングされない材料へ
至る接合部1、2はこの間隔膜ASの厚さに相当する
距離Dだけ導波膜wSから離れて配置される。
nドーピングされるかまたはドーピングされない材料へ
至る接合部1、2はこの間隔膜ASの厚さに相当する
距離Dだけ導波膜wSから離れて配置される。
各リブR1、R2上には電気絶縁膜ISが設けられ、この電
気絶縁膜ISには少なくともリブR1、R2を電気的に結合す
べき個所に接触窓O1、O2が明けられる。良好な電気的結
合を得るために、各リブR1、R2は上側にp+ドーピングさ
れたInGaAs膜KS1、KS2を有し、このp+ドーピングされた
膜KS1、KS2上には金属膜MS1、MS2が設けられている。こ
の金属膜MS1、MS2は当該接触窓O1、O2の領域において、
電気絶縁膜IS上に設けられた金属製接触電極K1、K2に接
触している。この接触電極K1、K2に対する対向電極Kは
nドーピングされた基板Sの下側に設けられている。導
波路WL1、WL2間の間隔はリブR1、R2間の間隔dとほぼ等
しい。
気絶縁膜ISには少なくともリブR1、R2を電気的に結合す
べき個所に接触窓O1、O2が明けられる。良好な電気的結
合を得るために、各リブR1、R2は上側にp+ドーピングさ
れたInGaAs膜KS1、KS2を有し、このp+ドーピングされた
膜KS1、KS2上には金属膜MS1、MS2が設けられている。こ
の金属膜MS1、MS2は当該接触窓O1、O2の領域において、
電気絶縁膜IS上に設けられた金属製接触電極K1、K2に接
触している。この接触電極K1、K2に対する対向電極Kは
nドーピングされた基板Sの下側に設けられている。導
波路WL1、WL2間の間隔はリブR1、R2間の間隔dとほぼ等
しい。
第4図に示された光集積装置の優れた具体的な実施例
においては、nドーピングされた基板Sの厚みは約100
μm、そのnドーピングは約5×1018/cm3である。緩衝
膜PSは約3μmの厚みと約1017/cm3のnドーピングとを
有する。導波膜wSと間隔膜ASとはそれぞれ約0.4μmの
厚みとそれぞれ最高約1016/cm3のnドーピングとを有す
る。導波膜wSの第4材料は約1.30μmのギャップ波長λ
9を有し、間隔膜ASの第4材料は約1.05μmのギャップ
波長λ9を有する。各リブR1、R2は約1.5μmの厚み
と、約3μmの幅と、約2×1017/cm3のpドーピングと
を有する。結合領域Lにおけるその間隔dは約3μmで
ある。p+ドーピングされた各膜KS1、KS2の厚みは約0.2
μmであり、そのp+ドーピングは1019/cm3以上の大きさ
である。各金属膜MS1、MS2はTi/PtまたはTi/Au、各接触
電極K1、K2はAuまたはTi/Au、対向電極KはAuGe/Ni/Au
から構成される。電気絶縁膜ISはAl2O3から構成され
る。
においては、nドーピングされた基板Sの厚みは約100
μm、そのnドーピングは約5×1018/cm3である。緩衝
膜PSは約3μmの厚みと約1017/cm3のnドーピングとを
有する。導波膜wSと間隔膜ASとはそれぞれ約0.4μmの
厚みとそれぞれ最高約1016/cm3のnドーピングとを有す
る。導波膜wSの第4材料は約1.30μmのギャップ波長λ
9を有し、間隔膜ASの第4材料は約1.05μmのギャップ
波長λ9を有する。各リブR1、R2は約1.5μmの厚み
と、約3μmの幅と、約2×1017/cm3のpドーピングと
を有する。結合領域Lにおけるその間隔dは約3μmで
ある。p+ドーピングされた各膜KS1、KS2の厚みは約0.2
μmであり、そのp+ドーピングは1019/cm3以上の大きさ
である。各金属膜MS1、MS2はTi/PtまたはTi/Au、各接触
電極K1、K2はAuまたはTi/Au、対向電極KはAuGe/Ni/Au
から構成される。電気絶縁膜ISはAl2O3から構成され
る。
結合領域Lは約980μmの長さであり、方向性結合器
の全長は約2mmである。導波路の側方変位e(第1図参
照)は約20μm、その曲率半径rは10mmである各導波路
の横方向の有効屈折率差Δneffは約5×10-3である。
の全長は約2mmである。導波路の側方変位e(第1図参
照)は約20μm、その曲率半径rは10mmである各導波路
の横方向の有効屈折率差Δneffは約5×10-3である。
具体的な実施例では例えば約1.56μmの駆動波長と約
4mAの可成り小さい駆動電流とで駆動することができ、
そして両スイッチング状態において約1.3dBの挿入損を
有するだけである。
4mAの可成り小さい駆動電流とで駆動することができ、
そして両スイッチング状態において約1.3dBの挿入損を
有するだけである。
本発明による光集積装置の本発明による製造方法を上
述した具体的実施例について第5a図ないし第5c図に基づ
いて詳細に説明する。
述した具体的実施例について第5a図ないし第5c図に基づ
いて詳細に説明する。
第5a図に一部分が示されている出発基体は次のように
して製作される。僅かにnドーピングされた緩衝膜PSを
上側に備えたウェハの形状のnドーピングされたInP基
板S上には、液相エピタキシーによってInGaAsP導波膜w
Sと、InGaAsP間隔膜ASと、pドーピングされたInP膜R
とが順次成長させられる。膜Rの表面上にはp+ドーピン
グされたInGaAs膜KSが作成される。その後、基板Sは約
100μmの厚みにされる。基板Sの下面上には対向電極
Kを形成するためにAuGe/Ni/Auが蒸着されて合金にされ
る。p+ドーピングされた膜KS上には金属膜MSを形成する
ために約15nmのTi薄膜と、約500nmのPtまたはAu薄膜と
が設けられ、これらの薄膜によってp接触が形成され
る。
して製作される。僅かにnドーピングされた緩衝膜PSを
上側に備えたウェハの形状のnドーピングされたInP基
板S上には、液相エピタキシーによってInGaAsP導波膜w
Sと、InGaAsP間隔膜ASと、pドーピングされたInP膜R
とが順次成長させられる。膜Rの表面上にはp+ドーピン
グされたInGaAs膜KSが作成される。その後、基板Sは約
100μmの厚みにされる。基板Sの下面上には対向電極
Kを形成するためにAuGe/Ni/Auが蒸着されて合金にされ
る。p+ドーピングされた膜KS上には金属膜MSを形成する
ために約15nmのTi薄膜と、約500nmのPtまたはAu薄膜と
が設けられ、これらの薄膜によってp接触が形成され
る。
リブ形導波路のリブR1、R2は、先ず材料切出しがイオ
ンによって行われ、金属薄膜MSならびにp+ドーピングさ
れた膜KSが分離されることによって製作される。このプ
ロセスの際、エッチング深さはたった0.3μmであるの
で、ホトレジストがマスクとして使用され得る。その場
合、pドーピングされた露出InP材料はウエットケミカ
ルエッチングによって間隔膜ASに至るまで除去される。
その際、選択的エッチングが行われ、エッチングはエッ
チング停止膜として作用する間隔膜ASのところまで有利
に自然に進み、そして、リブが〔011〕方向に沿って向
けられる場合にはほぼ垂直な側壁を有するリブが残され
る。第5b図はこのプロセスの後に生じた中間段階の一部
分を示し、例えばリブR2だけが示されている。
ンによって行われ、金属薄膜MSならびにp+ドーピングさ
れた膜KSが分離されることによって製作される。このプ
ロセスの際、エッチング深さはたった0.3μmであるの
で、ホトレジストがマスクとして使用され得る。その場
合、pドーピングされた露出InP材料はウエットケミカ
ルエッチングによって間隔膜ASに至るまで除去される。
その際、選択的エッチングが行われ、エッチングはエッ
チング停止膜として作用する間隔膜ASのところまで有利
に自然に進み、そして、リブが〔011〕方向に沿って向
けられる場合にはほぼ垂直な側壁を有するリブが残され
る。第5b図はこのプロセスの後に生じた中間段階の一部
分を示し、例えばリブR2だけが示されている。
その後、約0.3μmの厚さのAl2O3絶縁膜ISが接触電極
に対するリブの絶縁のためにリブ側基板表面上にスパッ
タリングされる。リブの上側には約1μm幅の接触窓、
例えば接触窓O2がプロジェクションリソグラフィおよび
ケミカルエッチングによって明けられる。その場合、絶
縁膜ISおよび接触窓内へ露出するTi/Pt膜、例えば膜MS2
上にはAuまたはTi/Au膜が熱的に蒸着され、これから接
触電極、例えば接触電極K2が除去プロセスによってパタ
ーン化される。このステップの後、第5c図に一部分が示
されている最終段階が生じ、この最終段階によって完成
した方向性結合器が形成される。
に対するリブの絶縁のためにリブ側基板表面上にスパッ
タリングされる。リブの上側には約1μm幅の接触窓、
例えば接触窓O2がプロジェクションリソグラフィおよび
ケミカルエッチングによって明けられる。その場合、絶
縁膜ISおよび接触窓内へ露出するTi/Pt膜、例えば膜MS2
上にはAuまたはTi/Au膜が熱的に蒸着され、これから接
触電極、例えば接触電極K2が除去プロセスによってパタ
ーン化される。このステップの後、第5c図に一部分が示
されている最終段階が生じ、この最終段階によって完成
した方向性結合器が形成される。
第1図は光スイッチとして使用可能な光集積方向性結合
器の形態の本発明による光集積装置を示す概略平面図、
第2図は第1図の本発明による光集積装置の切換えられ
た状態を示す概略図、第3図は光スイッチとして使用可
能な光集積マッハ・ゼーンダー干渉計の形態の本発明に
よる光集積装置を示す概略平面図、第4図は本発明によ
るリブ形導波路の構成と導波膜に関するpnまたはpin接
合部の位置とを詳細に示した第1図の光集積装置のIII
−III断面図、第5a図ないし第5c図はリブ形導波路とpn
またはpin接合部とを備えた本発明による光集積装置を
製作する際に生じる出発基体、中間段階および最終段階
をそれぞれ示す断面図である。 WL1、WL……光集積導波路 R1、R2……リブ 1、2……接合部 K1、K2……接触電極 wS……導波膜 AS……間隔膜 IS……電気絶縁膜 S……基板 K……対向電極
器の形態の本発明による光集積装置を示す概略平面図、
第2図は第1図の本発明による光集積装置の切換えられ
た状態を示す概略図、第3図は光スイッチとして使用可
能な光集積マッハ・ゼーンダー干渉計の形態の本発明に
よる光集積装置を示す概略平面図、第4図は本発明によ
るリブ形導波路の構成と導波膜に関するpnまたはpin接
合部の位置とを詳細に示した第1図の光集積装置のIII
−III断面図、第5a図ないし第5c図はリブ形導波路とpn
またはpin接合部とを備えた本発明による光集積装置を
製作する際に生じる出発基体、中間段階および最終段階
をそれぞれ示す断面図である。 WL1、WL……光集積導波路 R1、R2……リブ 1、2……接合部 K1、K2……接触電極 wS……導波膜 AS……間隔膜 IS……電気絶縁膜 S……基板 K……対向電極
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02F 1/025 G02F 1/313 G02B 6/12 B02B 6/132
Claims (6)
- 【請求項1】半導体材料製基板(S)上に集積された少
なくとも1つの条帯状光導波路(WL1、WL2)を備えた光
集積装置において、前記光導波路(WL1、WL2)は、前記
基板(S)のドーピングされないかまたはnドーピング
された導波膜(wS)とこの導波膜(wS)上に形成された
半導体材料製リブ(R1、R2)とによって構成されたリブ
形導波路(wS、R1;wS、R2)から成り、このリブ形導波
路(wS、R1;wS、R2)の領域では前記導波膜(wS)の上
方または下方に、pドーピングされた材料からnドーピ
ングされた材料に至る外部から電気的に結合可能な接合
部(pn接合部)またはpドーピングされた材料からドー
ピングされない材料に至りかつドーピングされない材料
からnドーピングされた材料に至る外部から電気的に結
合可能な接合部(pin接合部)が集積されて、pドーピ
ングされた材料からnドーピングされるかまたはドーピ
ングされない材料に至る接合部(1、2)は前記導
波膜(wS)から距離(D)にて配置されかつ前記pドー
ピングされた材料は前記接合部(1、2)の前記導
波膜(wS)とは反対側に配置されることを特徴とする光
集積装置。 - 【請求項2】前記pドーピングされた材料は前記リブ
(R1、R2)内に含まれ、前記nドーピングされた材料は
少なくとも前記導波膜(wS)の下方で前記基板(S)内
に含まれることを特徴とする請求項1記載の光集積装
置。 - 【請求項3】前記リブ(R1、R2)と基板(S)とはInP
から構成され、前記導波膜(wS)はInGaAsPから構成さ
れ、前記pドーピングされた材料からnドーピングされ
るかまたはドーピングされない材料に至る接合部(
1、2)と前記導波膜(wS)との間の距離(D)内に
は、前記導波膜(wS)の材料に比較して小さな屈折率を
有するInGaAsPが含まれることを特徴とする請求項1ま
たは2記載の光集積装置。 - 【請求項4】前記pドーピングされた材料からnドーピ
ングされるかまたはドーピングされない材料に至る接合
部(1、2)と前記導波膜(wS)との間の距離
(D)は、この導波膜(wS)内に誘起されるべき電荷キ
ャリヤの拡散長よりも小さく選定されることを特徴とす
る請求項1ないし3の1つに記載の光集積装置。 - 【請求項5】前記基板(S)上には一部分が微少間隔
(d)にて並んで延在する2個のリブ形導波路(WL1、W
L2)が、一方のリブ形導波路(WL1またはWL2)内を案内
された光モードが他方のリブ形導波路(WL2またはWL1)
内へ側方から移行し得るように集積され、各リブ形導波
路(WL1、WL2)は前記基板(S)のnドーピングされる
かまたはドーピングされない導波膜(wS)とそれぞれこ
の導波膜(wS)上に形成された半導体材料製リブ(R1、
R2)とによって構成され、各リブ形導波路(WL1、WL2)
の領域では前記導波膜(wS)の上方または下方に、前記
リブ(R1、R2)の全長に亘って延在して外部から電気的
に結合可能なpnまたはpin接合部がそれぞれ集積され
て、pドーピングされた材料からnドーピングされるか
またはドーピングされない材料に至る接合部(1、
2)は前記導波膜(wS)から距離(D)にて配置されか
つ前記pドーピングされた材料は前記接合部(1、
2)の前記導波膜(wS)とは反対側に配置され、その場
合前記pnまたはpin接合部は一部分が少なくとも1つの
リブ形導波路(WL1、WL2)に電気的に結合されることを
特徴とする請求項1ないし4の1つに記載の光集積装
置。 - 【請求項6】nドーピングされた半導体材料から成る基
板(S)の形態の出発基体が使用され、前記基板上には
nドーピングされるかまたはドーピングされない導波膜
(wS)が設けられ、この導波膜(wS)上にはnドーピン
グされるかまたはドーピングされない間隔膜(AS)が設
けられ、この間隔膜(AS)上にはpドーピングされた半
導体材料から成る膜(R)が設けられ、このpドーピン
グされた膜(R)は、前記リブ形導波路(WL1、WL2)の
パターンを形成してpドーピングされた材料から成る1
つまたは複数のリブ(R1、R2)が残るように除去され、
前記リブ(R1、R2)は電気絶縁膜(IS)によって被覆さ
れ、この電気絶縁膜(IS)には電気的に結合されるべき
各リブ(R1、R2)のために接触窓(O1、O2)が明けら
れ、前記リブ(R1、R2)上には電気的接触電極(K1、K
2)が設けられ、この接触電極(K1、K2)は前記nドー
ピングされた基板(S)上に設けられた対向電極(K)
を有することを特徴とする請求項1ないし5の1つに記
載の光集積装置の製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3929131.6 | 1989-09-01 | ||
| DE3929131 | 1989-09-01 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0398016A JPH0398016A (ja) | 1991-04-23 |
| JP2873062B2 true JP2873062B2 (ja) | 1999-03-24 |
Family
ID=6388460
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2230479A Expired - Fee Related JP2873062B2 (ja) | 1989-09-01 | 1990-08-31 | 光集積装置およびその製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5125065A (ja) |
| EP (1) | EP0415225B1 (ja) |
| JP (1) | JP2873062B2 (ja) |
| DE (1) | DE59010811D1 (ja) |
Families Citing this family (30)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03164710A (ja) * | 1989-11-24 | 1991-07-16 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体光導波路部品 |
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