JPH02228634A - 半導体光スイッチ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体光スイッチの製造方法に係り、特に半導
体先導波路層から構成され、光通信や光情報処理に不可
欠な光路の切替えを行なう半導体光スイッチに関する。

〔従来の技術〕

従来の光スイッチにおいては、光伝送媒質の音響光学効
果による光の偏光を用いたもの、媒質の電気光学効果に
よる光の偏光を用いたもの、方向性結合器の結合係数を
電気光学効果により変えるもの、方向結合器と光位相変
調器を組み合わせたものなどがある。しかし、これらの
いずれも導波路として低損失特性、低漏話特性、高速性
などの導波形スイッチの基本特性をすべて満足するもの
ではない。こうした問題点を解決するものとして、導波
路層にキャリアを注入してその屈折率を低下させ、この
屈折率変化を光スイッチに利用する提案が成されている
。

例えば特開昭６０−１７３５１９号に示される半導体光
スイッチにおいては、ノンドープのＩｎＧａ　Ａｓ　Ｐ
光導波路層がこれよりも禁止帯が大きい口型１ｎＰ基板
とｎ型１ｎＰグラッド層とに挟まれたいわゆるダブルへ
テロ構造を有し、このダブルへテロ構造のｐ−ｎ接合に
順方向に電流を流し、Ｉｎ　Ｇａ　Ａｓ　Ｐ先導波路層
にキャリアを注入するようになっている。そして、この
ＩｎＧａＡｓ　Ｐ先導波路層におけるプラズマ効果によ
って屈折率を低下させている。しかし、上記特開昭６０
−１７３５１９号の半導体光スイッチにおいては、損失
がまだ充分には改善されてなく、また用途も限定されて
いた。

また、例えば特開昭６０−１３４２１９号に示される半
導体光スイッチにおいては、ＩｎＰ基板と、このＩ口Ｐ
基板上に順に積層したＩｎＧａＡｓＰ層およびＩｎＰ層
からなる超格子層と、この超格子層上のＩｎＰグラッド
層とを有し、この超格子層に電流を流してキャリアを注
入するようになっている。そして、この超格子層におけ
るバンドフィリング効果によって光の吸収端波長をシフ
トさせる。こうして、クラマース・クロニツヒ（Ｋｒａ
ｉｅｒｓ−Ｋｒｏｎｌｇ　）の関係により吸収端波長近
傍の屈折率を低下させている。しかし上記特開昭６０−
１３４２１９号の半導体光スイッチにおいては、損失が
まだ充分には改善されてなく、さらに適用可能な光の波
長が半導体のバンドギャップエネルギーＥｇにほぼ一致
するように限定されるという波長依存性があり、用途も
限定されていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように従来の半導体光スイッチは、低損失特性を充
分に満足させるものではなく、また波長依存性を有する
ものもある等の問題があった。

そこで本発明は、低損失特性を向上させ、かつ波長依存
性のない半導体光スイッチ及び歩留よくその半導体光ス
イッチを製造する方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による半導体光スイッチは、一面に第１の電極が
形成された第１導電型の半導体基板と、前記半導体基板
の他面上に形成される第１導電型の下部クラッド層と、
前記下部クラッド層上に形成され、禁止帯が前記下部ク
ラッド層のそれより小さくキャリア濃度が低く、かつリ
ッジ部を有する導波路層と、前記導波路層上の前記リッ
ジ部をおおうように形成され、禁止帯が前記導波路層の
それより大きくかつキャリア濃度が高い第２導電型の上
部クラッド層と前記上部クラッド層の一部に形成された
低抵抗領域と、前記上部クラッド層の低抵抗領域上に形
成された第２の電極と前記先導波路層の下側の前記下部
クラッド層中であって、前記低抵抗領域の下方のみで電
流を流すように形成されている電流ブロック領域とを含
み、前記第１の電極と前記第２の電極との間に印加する
電圧により、前記上部クラッド層の前記低抵抗領域と前
記電流ブロック領域の形成部分を除いた領域を通って前
記導波路層のリッジ部内の所定の領域にキャリアを注入
することを特徴とする。

更に本発明の半導体光スイッチの製造方法では、第１導
電型の半導体基板上に下部クラッド層となる第１導電型
の第１のエピタキシャル層を形成する第１の工程と、前
記ＴＳｌのエピタキシャル層の所定の領域に電流ブロッ
ク領域となる高抵抗領域を形成する第２の工程と、前記
第１のエピタキシャル層上に、禁止帯が前記第１のエピ
タキシャル層のそれより小さくかつキャリア濃度が低く
、導波路部となるリッジ部を有する第２のエピタキシャ
ル導波路層を成長させる第３の工程と、前記第２の導波
路層の前記リッジ部をおおうように、禁止帯が前記第２
の導波路層のそれより大きくかつキャリア濃度が高い第
２導電型の上部クラッド層を成長させる第４の工程と、
前記上部クラッド層の前記リッジ部をおおう部分の一部
に低抵抗領域を形成する第５の工程と、前記クラッド層
の前記低抵抗領域上に第１の電極を形成すると共に、前
記半導体基板の底面上に第２の電極を形成する第６の工
程とを含むことを特徴とする。

〔作用〕

本発明の半導体光スイッチにでは、導波路層がその禁止
帯よりも大きな禁止帯を有する第１導電型の下部クラッ
ド層と第２導電型の上部クラッド層とに上下から挟まれ
たダブルへテロ構造とすることによって、プラズマ効果
により導波路層の一部に低屈折領域を生じさせ、その境
界において入射光をその波長に依存することなく全反射
させる。

また、導波路層が上下部クラッド層に挟まれた低キヤリ
ア層であり、かつ両側を上部クラッド層に囲み、更にキ
ャリア注入領域を低抵抗領域及び電流ブロック領域によ
り限定することにより、損失を減少させる。これによっ
て、消光比の高い光スイッチングが行なわれる。

〔実施例〕

以下、本発明を図示する実施例に基づいて具体的に説明
する。

第１図は本発明の第１の実施例の半導体光スイッチの断
面を示す断面図、第２図は第１図に示す半導体光スイッ
チの平面を示す平面図である。

第１図において、例えばキャリア濃度２×１０１８ｃＬ
１−３のｎ＋型Ｇａ　Ａｓ基板２上に、キャリア濃度ｌ
Ｘ１０ｃｍ、厚さ２μｍのｎ　型Ａ、９　　Ｇａ　　　
Ａｓ　　（ｘ−０，１）下部クラッドｘ　　　　　　ｌ
−ｘ 層４が形成されている。この口ゝ型ＡｌｌＧａ　Ａｓ下
部クラッド層４上にはキャリア濃度１×１０１５ｃｓ＝
のｎ−型Ｇａ　Ａｓ導波路層６が形成されている。この
ｎ−型Ｇａ　Ａｓ導波路層６にはリッジ部６ａが形成さ
れており、このリッジ部６ａが光導波路部となる。そし
てこのｎ″″型Ｇａ　Ａｓ導波路層６上には、キャリア
濃度１×１０１８０−３１μｍのｐ　型Ａｆｆ　　Ｇａ
　　　Ａｓ　　（ｘ−０，１）ｘ　　　　　　１−ｘ クラッド層８が形成されている。ここでｐ＋型ＡＮ　　
Ｇａ　　　Ａｓクラッド層８は、ｎ　型Ｇａｘ　　　　
　　ｌ−ｘ Ａｓ導波路層６のリッジ部６ａの側面をおおっている。

このようにして、禁止帯が小さいｎ−型Ｇａ　Ａｓ導波
路層６がこれよりも禁止帯が大きいｎ＋型Ａｊ？　Ｇａ
　Ａｓ下部クラッド層４とｐ　型ＡｇＧａ　Ａｓクラッ
ド層８とに上下から挟まれた、いわゆるダブルへテロ構
造が形成されている。

ｐ＋型ＡΩＧａ　Ａｓクラッド層８上にはキャリア　　
−３ ア濃度ｌＸ１０ｃｍ、厚さ１μｍのｐ型ＧａＡｓ導波路
層１０が形成されている。

更に下部クラッド層４の１部には第１図に示すように高
抵抗領域である電流ブロック領域４ａが形成されている
。

第１図および第２図に示されるように、ｐ　型ＡＮ　Ｇ
ａ　Ａｓクラッド層８の一半部には、例えば亜鉛（Ｚｎ
　）が添加されて抵抗が低くなっている低抵抗領域１４
が形成されている。そして電流ブロック領域４ａは、第
１図に示すように、この低抵抗領域１４の下方部分には
設けられていない。

また、ｐ型Ｇａ　Ａｓキャップ層１０上には、厚さ１０
００Ａのシリコン窒化膜（Ｓ１３Ｎ４膜）１６および厚
さ２００ＯＡのシリコン酸化膜（Ｓ　ｉｏ　２膜）１８
が堆積されている。そしてｐ　型Ａ、９　Ｇａ　Ａｓク
ラッド層８の低抵抗領域１０上方のシリコン窒化膜１６
およびシリコン酸化膜１８に窓明けされたコンタクトホ
ールを介してｐ型Ｇａ　Ａｓコンタクト層１０に接続さ
れたＣｒ　／Ａｕ　ｍ極２０が形成されている。さらに
、ｎ＋型Ｇａ　Ａｓ基板２の底面上にもＡｕ　Ｇｅ　／
Ｎｌ／Ａｕ電極２２が形成されている。

第２図に示されるように、ｎ−型Ｇａ　Ａｓ導波路層６
においては、導波路幅Ｗを有する２本の導波路２４．２
６が交差角２θで交差している。すなわち、ｐ＋型Ａ、
Ｑ　Ｇａ　Ａｓクラッド層８における低抵抗領域１４と
それ以外の相対的に抵抗の高い領域との境界に対して、
それぞれ反対方向に交差角θで交差している。そして、
導波路２４は入射ボート２８および出射ポート３０を有
し、また導波路２６は入射ボート３２および出射ポート
３４を有している。

次に、上記第１の実施例の装置の動作を説明する。

Ｃｒ／Ａｕ電極２０とＡｕ　Ｇｅ　／Ｎｌ　／Ａｕ　Ｔ
ｉｔ極２２との間に所定の電圧を加え、ｐ＋型Ａｊ７Ｇ
ａ　Ａｓクラッド層８、ｎ−型Ｇａ　Ａｓ導波路層６、
およびｎ　型Ａｊ７　Ｇａ　Ａｓ下部クラッド層４から
なるダブルへテロ構造のｐ−ｎ接合に順方向に電流を流
すと、キャリアが注入される。ただし、ｐ＋型ＡＩ　Ｇ
ａ　Ａｓクラッド層８の一半部に低抵抗領域１４が形成
されているため、この低抵抗領域１４を通ってｎ　型Ｇ
ａ　Ａｓ導波路６の一半部にのみこのキャリアの注入が
なされる。更に、下部クラッド層４内に形成した電流ブ
ロック領域４ａにより低抵抗領域１４の下方部のみから
キャリアが注入される。従って、低抵抗領域１４下方に
位置しないｎ−型Ｇａ　Ａｓ導波路層６の他の一半部に
はキャリアは注入されない。すなわち、ｐ　型ＡｊＪ　
Ｇａ　Ａｓクラッド層８に形成された低抵抗領域１４及
び下部クラッド層４内に形成した電流ブロック領域４ａ
は、キャリアの注入を所定の領域に制限すると共に、こ
の制限によってキャリアの注入効率を高めている。

このようにして、ｎ−型ＧａＡｓ導波路層６の一半部に
のみキャリアが注入され、かつそこに閉じ込められるた
め、プラズマ効果によってその部分の誘電率が低下し、
屈折率が低下する。従って、ｎ−型Ｇａ　Ａｓ導波路層
６は、互いに屈折率の異なる２領域に分割される。

いま、第２図に示されるように、導波路２４の入射ボー
ト２８から入射した光は、Ｃｒ／Ａｕ電極２０とＡｕ　
Ｇｅ　／Ｎｉ　／Ａｕ電極２２との間に電圧が加えられ
ていない場合には、ｎ−型ＧａＡｓ導波路層６を通って
導波路２４の出射ポート３０へ進行する。しかし、Ｃｒ
／Ａｕ電極２０とＡｕ　Ｇｅ　／Ｎｌ　／Ａｕ電極２２
との間に所定の電圧が加えられ、ｎ−型Ｇａ　Ａｓ導波
路層６の一半部の屈折率が低下する場合には、その屈折
率変化率を６口、導波路２４．２６の屈折率をｎＳｎ型
Ｇａ　Ａｓ導波路層６における互いに屈折率の異なる２
領域の境界と導波路２４との交差角をθとすると、 θく９０°−５ｉｎ’（１＋Δｎ　／　ｎ　）の関係を
満足するとき、導波路２４の入射ポート２８から入射し
た光は出射ポート３０へは進行せず、ｎ″″型Ｇａ　Ａ
ｓ導波路層６の互いに屈折率の異なる２領域の境界にお
いて全反射されて、導波路２６の出射ポート３４へ進行
する。このようにして、入射光に対するスイッチングが
行われることになる。

この第１の実施例により製造される半導体スイッチにお
いては、ｎ″″型Ｇａ　Ａｓ導波路層６のキャリア濃度
が１×１０１５ｃｌＴ＋−３と低くなっているため、自
由キャリア吸収が低く抑えられ、光吸収による損失が少
ない。また、ｐ＋型ＡＮ　Ｇａ　Ａｓクラッド層８のキ
ャリア濃度はＩ　Ｘ　１０　ｌＢｃｍ−”と高いため、
キャリアが注入されたｎ″″型Ｇａ　Ａｓ導波路層６全
体でプラズマ効果が起こり、キャリアが注入されたｎ−
型Ｇａ　Ａｓ導波路層６の一半部における屈折率の低下
が一層急俊になる。そして、ｐ　型ＡΩＧａ　Ａｓクラ
ッド層８は高キャリアであっても、光が余り入らないた
めに光吸収による損失は少ない。

また、ｐ−型Ｇａ　Ａｓ導波路層６のリッジ部６ａの横
方向の光の閉込めは、ｐ　型ＡｇＧａＡｓクラッド層８
でリッジ部６ａの側面をおおうことによりおこなってい
る。

さらにまた、キャリア注入により屈折率が低下するプラ
ズマ効果を用いているため、ｎ″″型ＧａＡｓ導波路層
６の禁止帯幅より小さいエネルギーの光に対して広くス
イッチング作用が可能になる。

すなわち波長依存性がなくなる。例えば第１の実施例に
おいては、導波路層にＧａ　Ａｓを用いているために、
その禁止帯幅０．９μｍより長波長の光に対して使用す
ることができ、光通信において通常に使用する１、３μ
ｍ帯を充分にカバーすることができる。

なお、上記第１の実施例による装置においては、導波路
層６が低キヤリア濃度のｎ″″型Ｇａ　Ａｓから形成さ
れているが、その導電型はｎ−型に限らず、例えば低キ
ヤリア濃度のｐ−型Ｇａ　ＡｓやＩ形Ｇａ　Ａｓから形
成されてもよい。ただし、電子よりホールの方が光吸収
が大きいため、ｐ″″型よりもｎ−型の方が望ましい。

また、ｎ″″型Ｇａ　Ａｓ導波路層６をダブルへテロ構
造に挟む下部クラッド層４およびクラッド層８はそれぞ
れｎ　型およびｐ　型ＡＩ　Ｇａ　Ａｓの組合わせにな
っているが、これらの導電型が入れ替わって、ｐ　型／
ｌ　Ｇａ　Ａｓ下部クラッド層およびｎ＋型／ｌ　Ｇａ
　Ａｓクラッド層の組合わせになってもよい。勿論この
場合には、基板２はｐ＋型Ｇａ　Ａｓ基板となる。さら
にまた、上記第１の実施例においては、Ｇａ　Ａｓ系の
半導体により光スイッチが構成されているが、例えばＩ
ｎＧａＡｓ　Ｐ系やＩｎＰ系などその他の半導体を用い
ても同様の構造の光スイッチを構成することができる。

次に、本発明の第２の実施例の半導体光スイッチを説明
する。

第３図は第２の実施例の半導体光スイッチの断面を示す
断面図、第４図はその平面を示す平面図である。

第３図において、例えばキャリア濃度２×１０１８ｃＩ
Ｔ＋−３のｐ＋型Ｇａ　Ａｓ基板４２上に、キャリア濃
度ｌＸ１０ｃｍ、厚さ２μｍのｐ　型Ａ、Ｑ　　Ｇａ　
　　Ａｓ　　（ｘ−０，１）下部クラッドＸ　　　ｌ−
Ｘ 層４４が形成されている。このｐ＋型ＡＮ　ＧａＡｓ下
部クラッド層４４上には、キャリア濃度ｌＸ１０１５ｃ
＋Ｔ＋−３のｎ−型Ｇａ　Ａｓ導波路層４６が形成され
ている。そしてこのｎ−・型Ｇａ　Ａｓ導波路層４６に
は光導波路部となるリッジ部４６ａが設けられている。

そしてこのｎ−型Ｇａ　Ａｓ導波路層４６上には、キャ
リア濃度ｌＸ１０ｃｍ　　、厚さ１μｍのｐ　型ＡＤＧ
ａＡｓ（ｘ− ｘ　　　　　　Ｌ−Ｘ ０．１）クラッド層４８がリッジ部４６ａをおおうよう
に形成されている。このようにして、禁止帯が小さいｎ
″″型Ｇａ　Ａｓ導波路層４６がこれよりも禁止帯が大
きいｐ＋型Ａｌ）Ｇａ　Ａｓ下部クラッド層４４とｎ＋
型ＡＮ　Ｇａ　Ａｓクラッド層４８とに上下から挟まれ
た、いわゆるダブルへテロ構造が形成されている。

そして、ｎ＋型ＡＮ　Ｇａ　Ａｓクラッド層４８上Ｉ７
　−３ には、キャリア濃度ｌＸ１０ｃｍ、厚さ１μｍのｎ型Ｇ
ａ　Ａｓコンタクト層５０が形成されている。

更に下部クラッド層４４内の導波路層４６の下側には高
抵抗領域である電流ブロック領域４４ａが第３図に示す
ように形成されている。

第３図および第４図に示されるように、口　型ＡΩＧａ
　Ａｓクラッド層４８の中央部には、例えば亜鉛が添加
されて抵抗が低くなっている低抵抗領域５４が形成され
ている。そして電流ブロック領域４４ａは、第３図に示
すように、この低抵抗領域５４の下方部分には設けられ
ていない。そして、ｎ型Ｇａ　Ａｓキャップ層５０上に
は、厚さ１０００Ａのシリコン窒化膜５６および厚さ２
０００Ａのシリコン酸化膜５８が堆積されている。そし
て、ｎ＋型ＡＮ　Ｇａ　Ａｓクラッド層４８の低抵抗領
域５４上方のシリコン窒化膜５６およびシリコン酸化膜
５８に窓明けされたコンタクトホールを介して、ｎ型Ｇ
ａ　Ａｓコンタクト層５０に接続されてＡｕ　Ｇｃ　／
Ｎｌ　／Ａｕ電極６０が形成されている。さらに、ｐ＋
型ＧａＡｓ　ｄ板４２の底面上にもＣｒ／Ａｕ電極６２
が形成されている。

第４図に示されるように、ｎ−型Ｇａ　Ａｓ導波路層４
６においては、導波路幅Ｗを有する２本の導波路６４．
６６が交差角２θで交差している。

すなわち、ｎ＋型ＡｌｌＧａ　Ａｓクラッド層４８にお
ける低抵抗領域５４とそれ以外の相対的に抵抗の高い領
域との境界に対して、それぞれ反対方向に交差角θで交
差している。そして、導波路６４は入射ボート６８およ
び出射ポート７０を有し、また導波路６６は入射ボート
７２および出射ポート７４を有している。

次に、第２の実施例の装置の動作を説明する。

この第２の実施例の装置の動作は、上記第１の実施例の
それとほとんど同じであるが、ｎ＋型ＡΩＧａ　Ａｓク
ラッド層４８の中央部に低抵抗領域５４が形成されてい
るため、キャリアはｎ＋型ＡＮ　Ｇａ　Ａｓクラッド層
４８の低抵抗領域５４を通ってｎ　型Ｇａ　Ａｓ導波路
４６の中央部にのみ注入される。更に、下部クラッド層
４４内に形成された電流ブロック領域４４ａにより低抵
抗層５４の下部の導波路層４６の中央部にのみ限定され
る。従って、低抵抗領域５４の下方に位置しな１、＋　
ｎ　　型Ｇａ　Ａｓ導波路層４６の両側部にはキャリア
は注入されない。すなわち、ｎ　型ＡＮ　ＧａＡＳクラ
ッド層４８層形８された低抵抗領域５４及び電流ブロッ
ク領域４４ａはキャリアの注入を所定の領域に制限する
と共に、この制限によってキャリアの注入効率を高めて
いる。第２の実施例においては、上記第１の実施例より
もキャリアの注入される領域の制限が大きいために、キ
ャリアの注入効率は一層高くなっている。

このようにして、ｎ−型Ｇａ　Ａｓ導波路層４６の中央
部にのみキャリアが注入され、かつそこに閉じ込められ
るため、プラズマ効果によってその部分の誘電率が低下
し、屈折率が低下する。従って、ｎ−型Ｃ；ａ　Ａｓ導
波路層４６は、屈折率の異なる３領域に分割される。

いま、第４図に示されるように、導波路６４の入射ボー
ト６８から入射した光および導波路６６の入射ボート７
２から入射した光は、Ａｕ　Ｇｅ　／Ｎｌ／Ａｕ電極６
０とＣｒ／Ａｕ電極６２との間に７代圧が加えられてい
ない場合には、ｎ−型ＧａＡｓ導波路層４６を通ってそ
れぞれ導波路６４の出射ボート７０および導波路６６の
出射ボート７４へ進行する。しかし、Ａｕ　Ｇｅ　／Ｎ
ｉ　／Ａｕ電極６０とＣｒ／Ａｕ電極６２との間に所定
の電圧が加えられ、ｎ″″型Ｇａ　Ａｓ導波路層４６の
中央部の屈折率が低下する場合には、導波路６４の入射
ボート６８から入射した光は、ｎ−型ＧａＡｓ導波路層
４６の互いに屈折率の異なる２領域の境界において全反
射されて、導波路６６の出射ポート７４へ進行し、また
同様にして導波路６６の入射ボート７２から入射された
光は、導波路６４の出射ボート７０へ進行する。

このようにして、第２の実施例による半導体スイッチは
入射した光に対してスイッチング作用を行なうが、上記
第１の実施例が一方向からの入射光に対してのみスイッ
チング作用を行なう、いわゆる片方向スイッチであるの
に対し、この第２の実施例は二方向からの入射光に対し
てスイッチング作用を行なう、いわゆる双方向スイッチ
となっている。そして前述した第１の実施例における種
々の効果は、すべてこの第２の実施例も有している。

なお、上記第２の実施例においては、導波路層４６が低
キヤリア濃度のｎ−型Ｇａ　Ａｓから形成されているが
、その導電型はｎ−型に限らず、例えばは低キヤリア濃
度のｐ−型Ｇａ　Ａｓやｉ型Ｇａ　Ａｓから形成されて
もよい。ただし、電子よりホールの方が光吸収が大きい
ため、ｐ″″型よりもｎ−型の方が望ましい。

また、ｎ　型Ｇａ　Ａｓ導波路層４６をダブルへテロ構
造に挟む下部クラッド層４４およびクラッド層４８はそ
れぞれｐ＋型およびｎ　型Ａｊ！　ＧａＡｓの組合わせ
になっているが、これらの導電型か入れ替わって、ｎ　
型ＡＮ　Ｇａ　Ａｓ下部クラッド層およびｐ＋型ＡＮ　
Ｇａ　Ａｓクラッド層の組合わせになってもよい。さら
にまた、Ｇａ　Ａｓ系の半導体により光スイッチが構成
されているが、例えばＩｎ　Ｇａ　Ａｓ　Ｐ系やＩｎＰ
系などその他の半導体を用いても同様の構造の光スイッ
チを構成することができる。

次に、本発明の第１の実施例に係る半導体光スイッチの
製造方法を、第５図を用いて順次に説明する。

半導体基板として例えばキャリア濃度２×１０１８　ａ
ｍ　−３のｎ＋型Ｇａ　Ａｓ基板２上に、キャリア濃度
１ｘｌＯｃｍ、厚さ２μｍのｎ　型Ａ１１Ｇａ　　　Ａ
ｓ　　（ｘ−０，１，）下部クラッドＸ　　　　　　ｌ
−Ｘ 層４を成長させる。そして、次に、下部クラッド層４上
に後で形成する低抵抗領域の下方部分に相当する部分を
マスク層で覆い、Ｈ＋を４００ＫｅＶで３×１０　個／
Ｃ１１２の濃度にイオン注入し、電流ブロック領域４ａ
を形成する。（第５図（ａ）参照）この電流ブロック領
域４ａを形成する方法としては、更に、Ｂｅイオンを４
００ＫｅＶで１×１０　個／ｃＩＩ２の濃度でイオン注
入したり、また亜鉛拡散を行ったりしても形成すること
ができる。そしてこのｎ　型Ａｐ　Ｇａ　Ａｓ下部クラ
ッド層４上に、キャリア濃度ＩＸ１ｌＸ１０１５ａのｎ
−型　Ｇａ　Ａｓエピタキシャル層５を成長させる。そ
してこのｎ　　ＧａＡｓエピタキシャル層５上にホトレ
ジストを塗布し導波路部となるリッジ部相当部のみにマ
スクを形成しエツチングしてリッジ部６ａを形成する。

このエツチングの際、リッジ部以外の部分の層の厚さが
０．３μｍ程度残るようにする（第５図（ｂ）参照）。

このリッジ部６ａの平面形状は導波路幅Ｗ、交差角２θ
の交差導波路パターン状に形成する。さらに、このよう
に形成された導波路層６上に、キャリア濃度ｌＸ１０ｃ
ｍ　　、厚さ１μｍのｎ＋型ＡｆＩｘＧａ　　　Ａｓ　
　（ｘ＝　　０．１）層８を成長し、上−ｘ 部クラッド層を形成させる。このｎ＋型ＡｆｉＧａ　　
　Ａｓ　　（ｘ−０，１）層８を形成する際り−ｘ ッジ部６ａの側面を十分におおうようにする。このよう
にして、禁止帯が小さいｎ−型Ｇａ　Ａｓ導波路層６が
これよりも禁止帯が大きいｎ　型ＡｆｉＧａ　Ａｓ下部
クラッド層４とｐ　型ＡＮ　Ｇａ　Ａｓ上部クラッド層
８とに上下から挟まれた、いわゆるダブルへテロ構造を
形成する。

そしてｐ＋型Ａｊ）Ｇａ　Ａｓ上部クラッド層８上に、
キャリア濃度ｌＸ１０ｃｍ、厚さ１μｍのｐ型ＧａＡｓ
エピタキシャル層９を成長させる。

なお、これらｎ＋型ＡＪ７　Ｇａ　Ａｓ下部クラッド層
４ζｎ−型Ｇａ　Ａｓ導波路層５、ｐ１型Ａ、１７　Ｇ
ａＡｓ上部クラッド層７およびｐ型Ｇａ　Ａｓエピタキ
シャル層９の各層は、ＯＭＶＰＥ　（何機金属気相エピ
タキシャル）法を用いたエピタキシャル成長によって格
子整合して順次積層していく　（第５図（Ｃ）参照）。

次にｐ型Ｇａ　Ａｓコンタクト層１０上に、熱ＣＶＤ法
を用い、温度６５０℃、ＮＨ：５．６１１／ｍ１ｎＳＳ
ＩＨ（４９６）／Ｎ２（９６％）：２．９Ω／　ｍ　ｔ
　ｎの条件において、厚さ１０００へのシリコン窒化膜
１６を堆積させる。続いて、このシリコン窒化膜１６上
に、プラズマＣＶＤ法を用い、温度２５０℃、５０Ｗ１
気圧０　、　９　Ｔｏｒｒ。

ＳｉＨ（４％）／Ｎ２　（９６％）　　：　２０　ｓｅ
ｃｍ。

Ｎ２０　：　３０．　　Ｏｓｅｃｍの条件において、厚
さ２００ＯＡのシリコン酸化膜１８を堆積する（第５図
（ｄ）参照）。

次いで、全面にレジスト８６を塗布し、フォトリソグラ
フィ技術を用いて、ｐ＋型ＡＮ　Ｇａ　Ａｓクラッド層
８の一半部に対応する場所のレジスト８６を開口する。

そしてこのようにパターニングされたレジスト８６をマ
スクとして、例えばＣＦ４によるＲＩＥ（反応性イオン
エツチング）法を用いて、シリコン酸化膜１８およびシ
リコン窒化膜１４をエツチングし、窓明けを行なうする
（第５図（ｅ）参照）。

次いで、レジスト８６を除去した後、このサンプルをＺ
ｎＡｓ２と共に石英アンプルに真空封止する。そして、
ｐ＋型ＡｊｌｌＧａ　Ａｓクラッド層８の一半部に対応
する場所を窓明けされたシリコン酸化膜１６およびシリ
コン窒化膜１４をマスクとし、温度６３０℃の条件にお
いて亜鉛拡散を行なう。このとき、この亜鉛拡散はｎ−
型Ｇａ　Ａｓ導波路層６上面から少し上方のｐ　型Ａｌ
ｌ　Ｇａ　Ａｓクラッド層８中にまで来るようにする。

このように亜鉛拡散がｎ　型Ｇａ　Ａｓ導波路層６上面
に達しないようにするのは、後の工程における熱処理に
よってｎ−″型Ｇａ　Ａｓ導波路層６にまで亜鉛が拡散
されないようにするためである。このようにして、ｐ　
型ＡＦ　Ｇａ　Ａｓクラッド層８の一半部に、亜鉛Ｚｎ
が添加されて相対的に抵抗が低くなった低抵抗領域１４
を形成する（第５図（ｆ）参照）。

次いで、上面にＣｒ／Ａｕ電極２０を形成し、シリコン
酸化膜１８およびシリコン窒化膜に既に窓明けしている
コンタクトホールを介してｐ型Ｇａ　Ａｓコンタクト層
１０に接続する。また、ｎ　型にａ　Ａｓ基板２底面上
にもＡｕＧｅ／Ｎｌ／　Ａ　ｕ電極２２を形成する（第
５図（ｇ）参照）。

なお、図示はしないが、導波路幅Ｗを有し、交差角２θ
で交差する２本の導波路がｎ　型ＧａＡｓ導波路層６に
接続されている。そしてこれら２本の導波路は、ｐ　型
ＡΩＧａ　Ａｓクラッド層８における低抵抗領域１４と
それ以外の相対的に抵抗の高い領域との境界に対して、
それぞれ反対方向に交差角θを有して交差している。

そして最後に、５　ｍｍ長に端面の襞間を行なって、導
波路チップを切り出す。このようにして、上記第１の実
施例による半導体光スイッチを製造する。

なお、レジスト８６のパターニングにおいて、上記のよ
うにｐ＋型Ａｊ７　Ｇａ　Ａｓクラッド層８の一半部に
対応する場所のレジスト８６を開口するのではなく、ｐ
　型Ａ、１７　Ｇａ　Ａｓクラッド層８の中央部に対応
する場所のレジスト８６を開口し、このようにパターニ
ングされたレジスト８６をマスクとしてシリコン酸化膜
１８およびシリコン窒化膜１６のエツチングを行ない、
そしてｐ　型ＡΩＧａ　Ａｓクラッド層８の中央部に対
応する場所に窓明けされたシリコン酸化膜１８およびシ
リコン窒化膜１６をマスクとして亜鉛の拡散を行ない、
ｐ＋型Ａｐ　Ｇａ　Ａｓクラッド層８の中央部に低抵抗
領域を形成し、下部クラッド層４４内の低抵抗領域下方
部分を除き電流ブロック領域を形成すれば、上記第２の
実施例と同様の構造になり、双方向性の半導体光スイッ
チを製造することができる。

また、ｐ　型ＡρＧａ　Ａｓクラッド層８の一半部に亜
鉛を拡散して低抵抗領域１４を形成しているが、亜鉛の
替わりに例えばベリリウム（Ｂｅ　）であってもよい。

また、ｎ　型Ｇａ　Ａｓ　ｕ板２上に、ｎ＋型ＡΩＧａ
　Ａｓ下部クラッド層４、ｎ−″型Ｃ；ａ　Ａｓ導波路
層６、ｐ＋型Ａ、１７　Ｇａ　Ａｓクラッド層８、およ
びｐ型Ｇａ　Ａｓ層キャップ層１０をそれぞれ形成して
いるが、このような組合わせではなく、ｎ″″型Ｇａ　
Ａｓ導波路層６を挟む基板および各層の導電型が入れ替
わって、ｐ＋型Ｇａ　Ａｓ基板上に、ｐ　型ＡΩＧａ　
Ａｓ下部クラッド層、ｎ″″型Ｇａ　Ａｓ導波路層６、
ｎ　　）ＪＩＡＩＧａＡｓクラッド層、およびｎ形Ｇａ
　Ａｓ層キャップ層という組合わせに形成してもよい。

ただし、この場合においては、ｎ　型Ａｊ７　Ｇａ　Ａ
ｓクラッド層の一部に低抵抗領域を形成するために注入
する不純物は、例えばシリコン（Ｓｌ）でなければなら
ない。

そしていずれの場合においても、導波路層６の導電型は
ｎ−型に限らず、例えば低キヤリア濃度のｐ　型Ｇａ　
Ａｓやｉ型Ｇａ　Ａｓであってもよい。

ただし、電子よりホールの方が光吸収が大きいため、ｐ
−型よりもｎ″″型の方が望ましい。

〔発明の効果〕 以上、詳細に説明したように本発明により作製される光
スイッチによれば、導波路層がその禁止帯よりも大きな
禁止帯を有する第１導電型の半導体基板と第２導電型の
クラッド層とに上下から挟まれたダブルへテロ構造とな
っていることによって、プラズマ効果により導波路層の
一部に低屈折領域を生じさせ、その境界において入射光
をその波長に依存することなく全反射させる。また、導
波路層が高キャリア濃度の半導体基板とクラッド層とに
挟まれた低キヤリア層であり、かつ導波路部の両側面を
上部クラッド層により挾まれていることによって、損失
を減少させる。更に上部クラッド層に形成された低抵抗
領域と下部クラッド層に形成された電流ブロック領域と
によりキャリア注入領域が正確に限定され、これによっ
て、消光比の高い光スイッチングが行なわれるので、優
れた低損失特性を有し、かつ波長依存性のない光スイッ
チングを行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例により製造される半導
体光スイッチの断面を示す断面図、第２図は、その平面
を示す平面図、第３図は、本発明の第２の実施例により
製造される半導体光スイッチの断面を示す断面図、第４
図は、その平面を示す平面図、第５図は、本発明の第１
の実施例に係る半導体光スイッチの製造方法を示す工程
図である。 ２・・・ｎ＋型Ｇａ　Ａｓ基板、 ４・・・ｎ　型ＡＮ　Ｇａ　Ａｓ下部クラッド層、４ａ
・・・電流ブロック領域、 ５・・・ｎ　型Ｇａ　Ａｓエピタキシャル層、６．４６
−ｎ−型Ｇａ　Ａｓ導波路層、７・・・ｐ　型ＡＩ　Ｇ
ａ　Ａｓエピタキシャル層、８−ｐ＋型Ａｌ）Ｇａ　Ａ
ｓクラッド層、９・・・ｐ型Ｇａ　Ａｓエピタキシャル
層、１０・・・ｐ型Ｇａ　Ａｓ層キャップ層、１４．５
４・・・低抵抗領域、 １６．５６．８２・・・シリコン窒化膜（Ｓ　ｌ　ａＮ
４膜）、 １８．５８・・・シリコン酸化膜（Ｓ　ｉ　０２膜）、
２０．６２−＝−Ｃｒ　／Ａｕ　Ｍ極、２２．６Ｏ−Ａ
ｕ　Ｇｃ　／Ｎｉ　／Ａｕ電極、２４．２６，６４．６
６・・・導波路、２８．３２，６８，７２．・・・入射
ボート。 箆１支光例の断面図 １ｒｌ　　リ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一面に第１の電極が形成された第１導電型の半導体
   基板と、 前記半導体基板の他面上に形成される第１導電型の下部
   クラッド層と、 前記下部クラッド層上に形成され、禁止帯が前記下部ク
   ラッド層のそれより小さくキャリア濃度が低く、かつリ
   ッジ部を有する導波路層と、前記導波路層上の前記リッ
   ジ部をおおうように形成され、禁止帯が前記導波路層の
   それより大きくかつキャリア濃度が高い第２導電型の上
   部クラッド層と 前記上部クラッド層の一部に形成された低抵抗領域と、 前記上部クラッド層の低抵抗領域上に形成された第２の
   電極と 前記光導波路層の下側の前記下部クラッド層中であって
   、前記低抵抗領域の下方のみで電流を流すように形成さ
   れている電流ブロック領域とを含み、 前記第１の電極と前記第２の電極との間に印加する電圧
   により、前記上部クラッド層の前記低抵抗領域と前記電
   流ブロック領域の形成部分を除いた領域を通って前記導
   波路層のリッジ部内の所定の領域にキャリアを注入する
   ことを特徴とする半導体光スイッチ。 ２、前記低抵抗層が前記上部クラッド層の一半分に形成
   されていることを特徴とする請求項１記載の半導体光ス
   イッチ。 ３、前記低抵抗領域が前記上部クラッド層の中央部に形
   成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体光
   スイッチ。 ４、第１導電型の半導体基板上に下部クラッド層となる
   第１導電型の第１のエピタキシャル層を形成する第１の
   工程と、 前記第１のエピタキシャル層の所定の領域に電流ブロッ
   ク領域となる高抵抗領域を形成する第２の工程と、 前記第１のエピタキシャル層上に、禁止帯が前記第１の
   エピタキシャル層のそれより小さくかつキャリア濃度が
   低く、導波路部となるリッジ部を有する第２のエピタキ
   シャル導波路層を成長させる第３の工程と、 前記第２の導波路層の前記リッジ部をおおうように、禁
   止帯が前記第２の導波路層のそれより大きくかつキャリ
   ア濃度が高い第２導電型の上部クラッド層を成長させる
   第４の工程と、 前記上部クラッド層の前記リッジ部をおおう部分の一部
   に低抵抗領域を形成する第５の工程と、前記クラッド層
   の前記低抵抗領域上に第１の電極を形成すると共に、前
   記半導体基板の底面上に第２の電極を形成する第６の工
   程と を含むことを特徴とする半導体光スイッチの製造方法。 ５、前記第２の工程で前記高抵抗領域を形成する際、Ｚ
   ｎ拡散法、イオン注入法等を使用することを特徴とする
   請求項４記載の半導体光スイッチの製造方法。 ６、前記低抵抗領域を前記上部クラッド層の一半部に形
   成することを特徴とする請求項４又は５記載の半導体光
   スイッチの製造方法。 ７、前記低抵抗領域を前記クラッド層の中央部に形成す
   ることを特徴とする請求項４、５又は６記載の半導体光
   スイッチの製造方法。