JPH05505037A - 光学部品 - 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】 光学部品 本発明は、光学部品に関し、特に、損失の低いあるいは損失のない１×２の光学 スイッチあるいは２×１の光学結合器として使用されることのできるツイン導波 体増幅器に関する。

このタイプの光学部品は、光通信システムにおける素子として使用される。ＩＸ ２の光学スイッチは、１つのポートから２つの出力ポートの選択された１つへ光 学人力を向けることができる。２Ｘ１の光学結合器は、２つのポートからの光入 力を結合して残りのポートから単一の光学出力として供給することができる。

光通信において使用される電磁放射は、通常、近赤外線あるいはスペクトルの可 視領域に位置する。それ故、この明細書において用語光学的および光は、電磁ス ペクトルの可視領域に限定することを意味するものと判断されるべきではない。

この明細書における半導体バンドギヤ・ツブのエネルギは、バンドギャップエネ ルギと等しい、すなわちバンドギヤ・ツブ以上に電流キャリアを増加することが できる量子エネルギを有する電磁放射の波長を表わす。

本発明に関係するこのタイプの光学部品は、集積電子部品の生成のために使用さ れたこれらの技術に類似する技術によって半導体基板上に形成される。このよう な部品は、しばしば集積光学部品と呼ばれる。集積光学部品の異なる形態は、例 えば欧州特許出願第０２４１１４３号明細書、欧州特許出願箱８９３０２３５５ 、６号明細書および英国特許出願箱８９２０４３５．８号明細書においで良く知 られている。一般に、これらの明細書に記載された集積光学部品を製造するため の技術は、本発明に適用できる。

他の既知の装置には、集積光学部品が分離された増幅器とスプリッタを含むＩ　 Ｅ　Ｅ　Ｅ　ＥＱ−１７巻、１９８１年第１号、２３乃至２８頁のに、　０ｌｓ ｕｋａ氏による［集積光学回路に基づ（レーザ増幅器の計画および分析」に記載 されるような集積レーザ増幅器および受動導波体スプリッタが含まれる。

Ｅ　ＣＯＣ１９８５年ポストデッドラインダイジェストの７３乃至７６頁のＭ、 　Ｋｏｂａｙａｓｈｉ氏による「誘導波光学ゲートマトリックススイッチ」は、 レーザ増幅器がゲート信号および増幅のために挿入されている４Ｘ４のマトリッ クススイッチを記載している。この部品において、スプリッタおよび利得ブロッ クは分離され、装置は２２ｄＢの全損失および一１３ｄＢより低いクロストーク を有する。個々のゲートおよび結合器は、１２ｄＢの損失および一１８ｄＢより 低いクロストークを有する。

エレクトロニクス・レター１９８６年の第２２巻、第１１号、５９４乃至５９６ 頁のＳ、　５ａｋａｎｏ氏、Ｅ、１ｎｏｕｅ氏、Ｅ、　Ｎａｋａｍｕｒａ氏らに よる「レーザおよび光学スイッチを有するＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰモノリシック 集積回路」は、２つの入力ポートのそれぞれにレーザを、およびスイッチの各出 力ポートにレーザ増幅器を有する利得のない２Ｘ２のキャリア注入光学スイッチ を記載している。再度スイッチおよび増幅器は分離され、キャリア注入は屈折率 を変えるために使用されるが、利得は得られない。この装置は、１３ｄＢより低 いクロストークを達成する。

その他の装置は以下の文献において記載されている。

Ｅ　ＣＯＣ１９８７年の第１巻、２２７乃至２３０頁の１１．　１ｋｅｄａ氏、 Ｏ１Ｏｈｇｕｃｈｉ氏、Ｋ、　Ｙｏｓｈｉｎｏ氏による「モノリシクＬＤ光学マ トリックススイッチ」。

アプライド・フィジックス・レター１９８７年、第５１巻、第２０号、１５７７ 乃至ｌ５７９頁のＨ，Ｉｎｏｕｅ氏および５．Ｔｓｕｊｉ氏による「モノリシッ ク分配フィードバックレーザ」。

Ｉ　Ｅ　Ｅ　Ｅ　１９８８年、第６巻、第７号、１２４８乃至１２５４頁（１） Ｒ，Ｘｉｇｈｉｍｏｆｏ氏およびＭ、Ｈｓｄａ氏による「一体のレーザダイオー ド光学スイッチを使用する光学自己経路設定スイッチ」。

エレクトロニクス・レター１９８９年、第２５巻、第１９号、１２７１乃至１２ ７２のＦ、　Ｈｅｍａｎｄｅｘ−Ｇｉ１氏らによる「モノリシックＧａＩｎＡｓ Ｐ／ＩｎＰ方向性カブラスイッチを有する可調ＭＱＷ−ＤＢＲレーザ」。

エレクトロニクス・レター１９９０年、第２６巻、第４号、２４３頁のＳｃｈｉ ｌｌｉｎｇ氏らによる「広範に可調なＹ結合の空洞集積干渉注入レーザ」。

エレクトロニクス・レター１９９０年、第２６巻、第２号、１１５頁のＧ、　Ｍ ｕｌｌｅｒ氏らによる記述。

成功した光学スイッチは、低いクロストークおよび低いあるいはゼロ損失を有さ なければならない。上記参照文献の従来技術は、共通の特徴として、結合部分か ら増幅あるいは活性部分が分離され、平凡なりロストーク特性が特徴とされる。

本発明にしたがって、第１および第２の両方の光誘導通路の少なくとも一部分を 通るあるいはその下に連続的に延在する光増幅を可能にする第１のゾーン、およ び第１および第３の両方の光誘導通路の少なくとも一部分を通るあるいはその下 に連続的に延在する光増幅を可能にする第２のゾーンが設けられることを特徴と する第２および第３の光誘導通路に光学的に接続される第１の光誘導通路を具備 している光学部品が供給される。

前記光学部品は、第１、第２および第３の光誘導通路がリッジ導波体であるレー ザ動作を可能にする半導体基板上に形成された複数の半導体エピタキシャル層を 含むことが好ましい。

前記第１の光誘導通路は、使用において各導波体からの減衰フィールドが他方の リッジ導波体と相互作用するように配置された１対の近接するリッジ導波体を具 備する。

前記第２および第３の光誘導通路は、前記１対のリッジ導波体それぞれの続きを 構成し、互いに分岐するように配置されている。

前記光学部品が互いにそれぞれ絶縁されている第１および第２の導電層を含み、 前記第１の導電層が前記リッジ導波体が近接している領域と前記リッジ導波体が 分岐する領域の両方において前記１対のりッジ導波体の一方にわたって連続的に 延在し、前記第２の導電層が前記リッジ導波体が近接している領域と前記リッジ 導波体が分岐する領域の両方において前記１対の他方のりッジ導波体にわたって 連続的に延在し、それによって使用において前記第１の導電層を介して光学部品 を通過した電流が光の増幅を可能にするように第１のゾーンを活性化し、前記第 ２の導電層を介して光学部品を通過した電流が光の増幅を可能にするように第２ のゾーンを活性化する。第１および第２の光誘導通路あるいは第１および第３の 光誘導通路のいずれかに関連した増幅を行うことによって、−３０ｄＢより低い クロストークの改善が得られることが分かった。増幅が行われない光誘導通路に おける光吸収が高く、一方他方の光誘導通路において光学利得が存在する。

本発明は、添付図面に関した実施例として説明される。

図１は、本発明に従った光学部品であり、図２は、図１に示される光学部品の線 ＡＡを通る垂直断面図であり、 図３は、図１に示される光学部品の線ＢＢを通る垂直断面図であり、 図４乃至図７は、図１に示される光学部品の波長依存状態を示しているグラフで あり、 図８は、図４乃至７に示される結果を得るためにおいて使用される光学接続を示 している図１に示される装置の略模式図９および図１１は、図１に示される部品 の光学特性を示しているグラフであり、 図１０および図１２は、図９および図１１に示される結果を得るためにおいて使 用される光学接続を示し、図１３は、図１に示される光学部品がスイッチングア レイを生成するために相互接続される方法を概略的に示し、図１４乃至図１７は 、図１に示される装置のエピタキシャル層構造における変化を示す。

図面、特に図１乃至図３を参照すると、ＰＮヘテロ接合つ工−ハ１上に形成され る光学部品が示されている。ウェーハの下面は、電気コンタクト２を形成するた めに金属被覆される。ウェーハの上部表面は１対のリッジ導波体３および４を形 成するためにエツチングされる。ウェーハ５の１端部でリッジ導波体３および４ は、１つの導波体における放射伝播が別の導波体中に容易に結合できるように互 いに近接している。

それらがウェーハの表面を横切る時に、ウェーハの端部６でリッジ導波体３およ び４が互いにそれぞれ離れるように互いから分岐する。リッジ導波体３および４ が互いに近接している領域において導波体は非対称である、すなわち導波体の内 壁２３は光学結合を増加する導波体の間の材料の領域７のため外壁２４よりも浅 い。ウェーハ１の上面は、金属被覆の２つの領域８および９を有する。接触ポス ト１０および１１からリッジ導波体３および４の表面までの金属被覆リンクの領 域は、リッジ導波体を通ってウェーハに電気的に結合される。金属被覆は、誘電 体層１９によってウェーハの残りの部分から電気的に絶縁される。コンタクト８ および９は、電流がリッジ導波体３あるいはリッジ導波体４に別々に供給される ように互いに電気的に絶縁される。リッジ導波体３および４の端部面は、ウェー ハの両端部５および６で反射防止被覆が設けられる。

通常のリッジ導波体３および４は１．５乃至３μｍの幅であり、０．１乃至２μ ｍの深さの凹部によって分けられている。互いに近接する領域におけるリッジ導 波体の長さ、言換えるとりッジ導波体の間の領域７の長さは、２００乃至４００ μｍである。互いに近接する領域におけるリッジ導波体の分離は、１乃至４μｍ である。リッジ導波体３および４は１００μｍよりも長い湾曲の長さ、１５０μ ｍよりも大きな曲率半径および９°以下の総湾曲角度を有する分岐において湾曲 する。後面５から前面６までの部品の全長は、１乃至１゜５ｍｍである。

図２および図３を参照すると、部品が形成されるウェーハは複数の半導体エピタ キシャル層１２乃至１８から構成されている。基板１１はｎ型インジウム燐化物 であり、その上に２５×１０１８ｃｍ−３のドープ濃度を有するｎ型インジウム 燐化物バッファ層１２が形成される。装置の活性層１３は０．１２乃至０゜２２ μｍの厚さの真性ＩｎＧａＡｓＰから構成される。層１３における材料のバンド ギャップは、１．５４±０．０２μｍの波長に対応する。層１４は、４−４−６ Ｘ１０１７’のドープ濃度を有する、０．０８乃至０．２μｍの厚さのｐ型イン ジウム燐化物である。その代りに層１４は、１．１μｍの波長と対応するバンド ギャップを有するＩｎＧａＡｓＰで構成されてもよい。層１２．１３および１４ は、適当に励起された時に光学利得を与えるｐ−１−ｎ接合を形成する。層１５ は、１．　１．　１゜３あるいは１．５μｍの波長のいずれかに対応するバンド ギャップを有する４　６Ｘ１０１７ｃｍ−３のドープ濃度を有するｐ型１ｎＧａ ＡｓＰで構成され、層は０．０３μｍの厚さで、装置の製造におけるエツチング 停止層として機能する。層１６゜Ｉ７および１８は傾斜した導電率を有する層で あり、層１８は金属被覆８によって良好な電気コンタクトを供給するために最高 の導電率を有する。層１６は、２つのリッジ導波体の間に電気的絶縁を供給する ために最低の導電率を有する。層１６は４−６Ｘ４−６Ｘ１０１７のドープ濃度 を有する、１μｍの厚さのｐ型インジウム燐化物である。層Ｉ７は、１　５Ｘ１ ０１８ｃｍ−３のドープ濃度を有する、０．５μｍの厚さのｐ型インジウム燐化 物である。層１８は２Ｘ１０１９ｃｍ〜３のドープ濃度を有する、０．１乃至０ ．２μｍの厚さのｐ型Ｉｎ　（，５３）Ｇａ（，４７）Ａｓである。

層■９は誘電体として動作する輝石、別の二酸化珪素、あるいは珪素窒化物であ り０．２μｍの厚さである。層１９はリッジ導波体の外側壁２４の上に延在し、 金属被覆８および９からウェーハの残りの部分を電気的に絶縁することによって 、電流がリッジ導波体のみを通って装置中に注入されることを保証する。金属被 覆層２，８および９はチタニウム金、すなわちチタニウムの薄い層上に付着した 金の層、あるいはチタニウムプラチナ金である。

リッジ導波体とコンタクト１０の間の凹部２０のベースからの活性層１３の分離 は、０．８乃至０．２μｍである。領域７の表面と活性層１３の間の距離は、０ ．４乃至１．１μｍである。

特定の領域内のパラメータの最適な結合の正確な選択は、試行錯誤および設計者 の標準の技術によって行われる。本質的に、特定されたパラメータ領域は表１お よび２において設定されたパラメータの値の公差領域として見られるべきである 。それは全公差領域として認められるべきであり、公差領域の極値からの選択値 は非機能装置を与える。

ウェーハは既知の金属有機気相エピタクシ処理あるいは既知の分子ビームエピタ クシ処理によって製造される。光学部品は、エツチング金属被覆、付着および襞 間処理によってフォトリソグラフィーを使用してウェーハか、ら形成される。エ ツチングの深さは、ウェーハ構造における層１５のようなエツチング停止層を組 込むことによって制御される。

詳細に、本発明に従った光学部品の製造処理は、以下に設定されるステップを具 備する。

１、製造処理はウェーハによって開始され、層Ｉ２乃至１８に対応するエピタキ シャル層を有する図３の基板１１に対応している基板を有する複数の部品が形成 される。エピタキシャル層は、金属有機気相エピタクシあるいは分子ビームエピ タクシを使用して形成される。

２、ウェーハの表面は、マスク層を形成するために化学的な蒸気付着が増加され るプラズマによって付着される珪素窒化物によって被覆される。プラズマは、シ ランとアンモニアの混合物から形成される。

３、フォトリソグラフィーは、リッジ導波体３と接触ポスト１０の間およびリッ ジ導波体４と接触ポスト１１の間の領域に対応しているエツチングパターンを定 めるために使用される。

この段階において、リッジ導波体３と４の間の領域はエツチングされない（以下 のステップ１４参照）。珪素窒化物のマスフは四フッ化炭素が活性成分である反 応性イオンエツチングを使用してエツチングされる。

４、エツチング後、レジストは剥がされる。

５、珪素窒化物のマスクの下にある半導体は、２００乃至４００ワツトのプラズ マ電力で１５％のメタンと８５％の水素の組成を有する乾燥したプラズマエツチ ングを使用し、あるいは塩酸と正燐酸の混合物を使用する湿式無機酸エツチング により珪素窒化物のマスクによってカバーされていない領域においてエツチング される。

６、プラズマエツチングは半導体の表面上にポリマーを生成し、プラズマエツチ ングがステップ５において使用される場合、ポリマーは「酸素灰化」によって除 去される、すなわちウェーハは酸素プラズマに露出される。

７、珪素窒化物のマスクはシロツクス（ＲＴＭ）と、稀釈された塩酸を含むエツ チング液を使用して除去される。

８、ウェーハの表面は、プラズマで増加された化学的な蒸気付着を使用して輝石 二酸化珪素によって被覆される。

９、フォトリソグラフィーは、ウェーハの上部表面の金属被覆より前にリッジ導 波体３および４を有する接触窓を定めるために使用される。

ｌＯ１輝石はシロックスを使用してエツチングされ、レジストは除去される。

１１、金属はスパッタリングによってウェーハの上部表面に形成されたマスクを 通して付着され、輝石マスクは誘電体層１９を形成する。

１２、ウェーハは、２分間に４００℃でアニールされる。

１３、金の層は、ウェーハの上部表面上に付着される。

１４、フォトリソグラフィーは、エツチングによってリッジ導波体３と４の間の 材料の除去のパターンを定めるために使用される。

１５、金の層は、アルゴンイオンビーム切削を使用してエツチングされる。

１６、半導体は、１５％のメタンと８５％の水素を含んでいるメタン水素プラズ マによって金において形成されたマスクを通ってエツチングされ、「酸素灰化」 　（上記ステップ６参照）が後続される。

１７、’Ｊッジ導波体３と４の間の領域は、領域５の上部表面のレベルまでエツ チングされる。フォトリソグラフィーは、リッジ導波体３と４の間の領域、部品 の前部表面６および領域の前部表面７を定めるために使用される。半導体材料は 、塩酸および正燐酸のエツチング液を使用してエツチングされる。このエツチン グ後、部品の表面形状は十分に定められる。

１８、基板は、メタノール溶液において臭素を使用して基板の露出した表面から 材料を除去することによって約３００μｍから１００μｍに薄くされる。

１９、基板の底部の電極２が付着される。

２０、最終段階において、ウェーハは個々の部品に通常の技術を使用して襞間に より分割される。

本発明に従った通常の装置は、以下の表１において設定される層構造および表２ において設定される寸法を有する。

表１ 層　部品　ドーピング　バンドギャップ　厚さ［ｃｍ’コ　等価　［μｍ］ 波長 ［μｍ］ ２　チタニウム金 １３　１−１ｎＧｘＡｓＰ　１．５４±０．０２　０．１５１４　ｐ−１ｎＰ　 ５．５Ｘ　１０１７０．１５１５　ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ　５．５Ｘ１０　１．１ ，１．３ｏｒ１．５　０．０３１８　ｐ−ｉｎ　（０，５３） Ｇａ　（０，４７）　Ａｓ　２Ｘ　１０’　０．１８１９　パイロツクス （二酸化珪素）０．２ ８．９チタニウム金　０，５ 要約すると、層２．８および９は電気コンタクトであり、層１１は基板であり、 層１２．１３．１４はｐ−１−ｎ接合を形成し、層１５はエツチング停止層であ り、層１６．１７．　ｆｉｌｌはリッジ導波体を形成し、層１９は電気絶縁を行 う。

装置の例示的な寸法 図１に示される光学部品がＩＸ２光学スイッチとして使用される時に、光は部品 の表面５でリッジ導波体３および４の１つに入射される。電圧は、電流１１がコ ンタクト８を介してリッジ導波体３を通過し、電流Ｉ２がコンタクト９を介して リッジ導波体４を通過するようにコンタクト８および９に供給される。表１およ び２において特定された構造および寸法を有し、１１＋１２１２−２７Ｏである 図８に示されるよう構成された装置に関して、正規化された電流、すなわち（１ １−Ｉ２）／２７０を有するｄＢにおいて測定された利得の変化は図４．５．６ および７において異なる波長について示されている。破線は、リッジ導波体４か ら出力までおよびリッジ導波体３から出力までの連続線に対応する。図４におい て、１５４１．８２７　ｎ　ｍの波長および−０，７の正規化された電流でリッ ジ導波体４からの出力は利得を示す、すなわち、ＯｄＢより大きな利得およびリ ッジ導波体３からの出力が３０ｄＢよりも大きな損失を示すことが見られる。図 ５，６および７は、＋５４１．９．１５４１．９９８および１５４２．１０１ｎ 　ｍの特性をそれぞれ示す。波長が変化すると導波体３からの出力がＯｄＢの利 得以下に減少することが認められる。

これは、この装置の波長感度を示す。強い波長感度は望ましくない。図４乃至７ に示された結果は、部品の端部面に反射防止被覆を含まない装置によって得られ た。このような反射防止被覆を含むことによって、部品は反射によって生じた光 学フィードバックにおける減少によって波長に対する感度を減少させるべきであ る。装置を貫通した総電流２７０ｍＡは、装置のレーザしきい値以下である。総 電流か（反射防止被覆がないときに）：３３０ｍＡを超える場合、装置はレーザ 作用を生じる。減少する光学フィードバックは、多量の注入電流および得られる 高い利得を許容するようにレーザしきい値を増加する。装置は、大きな波長範囲 にわたってＯｄＢ利得よりも大きな利得で動作する。装置がレーザ作用を生じる ことなしに動作する最大電流は、装置の大きさと端部面の反射率との両方に依存 している。有効なスイッチとして動作するため、光伝送路における光の損失は１ ０ｄＢよりも少くなければならない。図４乃至７に関する波長における装置の特 性は、すべての場合においてこの特徴に一致する。電流がレーザしきい値の方向 によって増加されると、装置からの出力は非常に雑音が大きくなる。装置の最適 な波長は、装置の温度、総注入電流、および装置の長さの変化によって変えられ る。波長が最適な波長から離れるように移動すると、装置は損失か増加する。

図９および１１は、光学人力が２つのリッジ導波体のいずれに入射されるかによ って光学特性があまり依存されないことを示す。図１０および１２は、図９およ び１１に示されている出力特性を得るために使用される光学および電流構造を示 す。

図４乃至１２を参照に説明されたように、装置は１×２スイツチとして動作して いる。

図１３は、３つの装置がＩＸ４のスイッチングアレイを形成するように相互接続 できるような概略的な形成方法を示す。

１×８および１×１６等のスイッチングアレイを形成するツリーおよび分岐路構 造にさらに装置を接続することも当然可能である。図１３における破線は、近接 する装置の電気コンタクトが互いに絶縁されるように金属被覆における断線部を 示すことに注意すべきである。簡単に説明するために互いに近接して示されてい るが、４つの出力導波体が全て光学的に絶縁されることに注意すべきである。

図８および１２に示されている光学的結合の方向を逆にすることによって、２つ のポートからの光入力を単一の出力ポート中に結合できる選択的光学結合器を生 成することが可能である。このような装置は、リッジ導波体のいずれか一方ある いは双方からの光入力を選択的に受入れることができる。装置は、反対方向に伝 播する光信号を結合することができる。

図１を参照すると、このモードにおける動作時に光は面５を通って導波体３に入 り、面６から導波体３を通る。結合された出力は面６から導波体４を通って装置 を出る。導波体３への入力は面５で反射され、反射された光は導波体４中の利得 と結合される。装置が光学利得、あるいは少なくとも低い損失と実際に結合する ことは注意されるべきである。このタイプの光学結合器は、図１３に示されるよ うなアレイに組立てられる。

図１３におけるリッジ導波体３および４の概略図から見られるように、部品は、 リッジ導波体が並列であり、前に説明されている領域７２．７３に加えて互いか ら光学的に絶縁される領域７１を含む。導波体の特定の構造は、部品間の簡単な 結合を可能にする。

部品は、上記されたように電気的にポンピングされ、または適当な波長の光を使 用して光学的にポンピングされる。ポンプ放射は、適当なフィルタの使用によっ て装置の出力から分離される。

前に説明されたウェーハ構造は、１．５４μｍの波長と等価のバンドギャップを 有するＩｎＧａＡｓＰシステムに基づく。別のウェーハ構造は、例えば異なるバ ンドギャップを有するＩｎＧａＡｓＰ材料が使用できる。基本的に、■−Ｖのへ テロ構造はこのタイプの装置の製造のために使用されるが、多量子ウェル、超格 子構造およびＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓシステムに基づいた０、８μｍでの動作の システムは特に興味がある。

図１に示される装置において、活性層１３は図１４あるいは図１５に示される複 合構造によって置換されている。図１４において活性層１３は２つの層４１．４ ２によって置換される。残りの構造は同一である。層４１は、１ｏ　５４±０． ０２μｍの波長に対応しているバンドギャップおよび０．１２−０．２２μｍの 厚さを有する真性１ｎＧａＡｓＰ材料より構成される。

層４２は、１．３μｍの波長に対応しているバンドギャップおよび０．　２乃至 ０．３μｍの厚さを有するｐ型のＩｎＧａＡｓＰより構成される。

図１５において、図１の活性層１３は、３つの層５１．５２および５３を具備し ている複合構造によって置換されている。層５１は、１．５４±０．０２μｍの 波長に等価なバンドギャップおよび０．１２−０．２２μｍの厚さとを有する真 性ＩｎＧａＡｓＰより構成される。層５２は、３Ｘ１０１７ｃｍ−３のドーピン グレベルのｎ型ＩｎＰから構成されているスペース層である。層５３は、１．３ μｍの波長に等価なバンドギャップおよび０．２−０．３ａｍの厚さの３Ｘ１０ １７ｃｍ−３のドーピング濃度を有するｐ型のＩｎＧａＡｓＰより構成されてい る。

図１における活性層１３の代りに図１４および１５に示されるような複合構造を 使用すると、屈折率の変化の結果としてモードフィールドの形状を変化し、装置 の下面の方向へ先フィールドを動かす。実効的なスイッチ動作は光増幅がただ１ つのリッジ導波体に関係することを必要とする。この効果は、深い四部が電流の 広がりを減少するのでリッジ導波体３，４を分離するために使用される時に光学 結合を改善する。また装置が低い領域７との良好な結合を行うことが可能である 。リッジ導波体間の溝が深いほど、装置は製造が容易となり、導波体３および４ の分離が良好となる。

図１に示される領域７は、ウェーハの制御されたエツチングによって製造中に形 成される。別の実施例において、領域７は０．１乃至０．　２μｍの厚さを有す るシリコンの付着によって図１６に示されるように形成される。領域７にシリコ ンを使用することは、リッジ導波体３および４の電気的分離を増加する。図１６ に示されるような導波体３および４の非対称性の減少によって、光学結合は減少 される。良好な光学結合を維持するために、領域７に使用される材料は３．１乃 至３．４の高い屈折率を有さなければならない。シリコンはこの要求を満たす。

別の適当な材料はイオンドーピングインジウム燐化物である。

最後に、リッジ導波体およびコンタクトポスト８および９の変形したウェーハ構 造は、図１７に示されている。この構造において、図３の層１６は、エツチング 停止層６３によって図１７に示されるように２つの層６２．６４に分割される。

層６３を設けることによって装置の製造が容易となる。層６２および６４は０． ５μｍの厚さであり、図３の層１６と同じ材料から形成される。層６３は、１． ３あるいは１．１μｍの波長と等価なバンドギャップを有するｐ型のＩｎＧａＡ ｓＰから構成される。

利得（ｄＢ）　利得（ｄＢ） 利得（ｄＢ） 利得（ｄＢ） 要約書 二王三　Ｓ４Ｉ　衾鉢片　７筺　１幽【エピタキシャル層がＩ　ｎＧａＡｓ　Ｐ システムにおいて存在する半導体ウェーハから製造される光学部品は、１対のリ ッジ導波体を具備する。リッジ導波体は近接し、第１の領域において互いに平行 であり、第２の領域において互いの間隔が広げられている。各導波体は、上部表 面上に連続する電気コンタクトを有する。部品は、低い損失の１×２のスイッチ あるいは低い損失の２×１の結合器として使用される。

平成５年　３月２６日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．第２および第３の光誘導通路に光学的に接続される第１の光誘導通路を具備 している光学部品において、第１および第２の光誘導通路の両方の少なくとも一 部分を通る、あるいはその下の連続的に延在する光増幅の可能な第１の領域、お よび第１および第３の光誘導通路の両方の少なくとも一部分を通る、あるいはそ の下に連続的に延在する光増幅の可能な第２の領域が設けられていることを特徴 とする光学部品。２．レーザ動作が可能である半導体基板上に形成される複数の 半導体エピタキシャル層を含み、それにおいて第１、第２および第３の光誘導通 路がリッジ導波体である請求項１記載の光学部品。 ３．前記第１の光誘導通路が、使用において各導波体からの減衰フィールドが別 のリッジ導波体と相互作用するように配置されている１対の近接したリッジ導波 体を具備している請求項２記載の光学部品。 ４．前記第２および第３の光誘導通路のそれぞれが前記一対のリッジ導波体の１ つの連続をそれぞれ構成し、別の導波体からそれぞれ分岐するように配置されて いる請求項３記載の光学部品。 ５．互いに絶縁される第１および第２の導電層を具備し、前記第１の導電層は前 記リッジ導波体が近接している領域と前記リッジ導波体が分岐する領域の両方に おいて前記１対のリッジ導波体の一方に連続的に延在しており、前記第２の導電 層は前記リッジ導波体が近接している領域と前記リッジ導波体が分岐する領域の 両方において前記１対のリッジ導波体の他方に連続的に延在しており、使用にお いて前記第１の導電層を介する光学部品を通過する電流が光の増幅を可能にする ように前記第１のゾーンを活性化するように配置され、前記第２の導電層を介す る光学部品を通過する電流が光の増幅を可能にするように前記第２のゾーンを活 性化する請求項２乃至４のいずれか１項記載の光学部品。 ６．前記リッジ導波体が互いに近接している領域において前記１対のリッジ導波 体の間の浅くなった領域を含んでいる請求項３乃至５のいずれか１項記載の光学 部品。 ７．半導体基板上に形成される複数の半導体エピタキシャル層がＩｎＧａＡｓＰ システムである請求項２乃至６のいずれか１項記載の光学部品。 ８．前記複数のエピタキシャル層がｎ型のインジウム燐化物の基体上に形成され 、２乃至５×１０１８ｃｍ−３のドーピングレベルを有するｎ型のインジウム燐 化物バッファ層と、０．１２乃至０．２２ｕｍの厚さおよび１．５４±０．０２ ｕｍの波長と等価なバンドギャップとを有する真性ＩｎＧａＡｓＰの活性層と、 ４乃至６×１０１７ｃｍ−３のドーピングレベルおよび０．０８乃至０．２ｕｍ の厚さを有する前記活性層上に形成されたｐ型のインジウム燐化物の層とを含む 請求項７記載の光学部品。 ９．前記複数のエピタキシャル層が表１に設定された物理的特性を実質的に有す る請求項７記載の光学部品。 １０．表２に示された物理的寸法を実質的に有する請求項６乃至９のいずれか１ 項記載の光学部品。 １１．半導体基板上に形成された前記複数の半導体エピタキシャル層が多量子ウ ェル構造を具備する請求項２乃至６のいずれか１項記載の光学部品。 １２．半導体基板上に形成される前記複数の半導体エピタキシャル層が超格子構 造を具備する請求項２乃至６のいずれか１項記載の光学部品。 １３．半導体基板上に形成される前記複数の半導体エピタキシャル層がＡｌＧａ Ａｓ／ＧａＡｓシステムに基いている請求項２乃至６のいずれか１項記載の光学 部品。 １４．近接している領域におけるリッジ導波体の間の領域が前記リッジ導波体と 同一の材料から形成されている請求項６乃至１３のいずれか１項記載の光学部品 。 １５．近接している領域における前記リッジ導波体の間の領域がシリコンである 請求項６乃至１３のいずれか１項記載の光学部品。 １６．前記活性層が１対の層から形成されている請求項８記載の光学部品。 １７．前記１対の層がスペース層によって分離される請求項１６記載の光学部品 。 １８．前記複数の半導体エピタキシャル層の少なくとも１端部に付着される反射 防止被覆を有する請求項２乃至１７のいずれか１項記載の光学部品。 １９．光誘導通路が半導体導波体構造を誘導する実質的な指数を具備する請求項 １記載の光学部品。 ２０．導波体構造がリッジ導波体を具備する請求項１９記載の光学部品。 ２１．選択的なエッチングおよび金属化を含む処理によって半導体構造上に形成 される複数の半導体エピタキシャル層を具備するウェーハから製造される請求項 １乃至２０のいずれか１項記載の光学部品。 ２２．前記ウェーハが製造中にエッチング停止層として動作する１つ以上のエピ タキシャル層を含む請求項２１記載の光学部品。 ２３．１×２の光学スイッチとして使用される請求項１乃至２２のいずれか１項 記載の光学部品。 ２４．相互接続された光学スイッチのアレイを具備している請求項２３記載の光 学部品。 ２５．光結合器として使用される請求項１乃至２４のいずれか１項記載の光学部 品。 ２６．請求項１乃至２５のいずれか１項記載の光学部品が光学的に接続された光 学アレイ。 ２７．ｎ＝２ｍでｍが整数である請求項２６記載の光学部品のアレイを具備する １×ｎのスイッチ。 ２８．ｎ＝２ｍでｍが整数である請求項２６記載の光学部品のアレイを有するｎ ×１の光学結合器。 ２９．ＩｎＧａＡｓＰ材料のシステムに基づく請求項１９または２０記載の光学 部品。 ３０．ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ材料のシステムに基づく請求項１９または２０記 載の光学部品。 ３１．量子ウェル構造を含んでいる半導体ヘテロ構造を使用している請求項１９ または２０記載の光学部品。 ３２．歪を与えた超格子構造を含んでいる半導体ヘテロ構造を使用している請求 項１９または２０記載の光学部品。