JPH0640179B2 - 半導体光スイッチ - Google Patents
半導体光スイッチInfo
- Publication number
- JPH0640179B2 JPH0640179B2 JP13291287A JP13291287A JPH0640179B2 JP H0640179 B2 JPH0640179 B2 JP H0640179B2 JP 13291287 A JP13291287 A JP 13291287A JP 13291287 A JP13291287 A JP 13291287A JP H0640179 B2 JPH0640179 B2 JP H0640179B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- quantum well
- semiconductor
- type
- optical switch
- well thin
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は光通信装置や情報処理装置等で利用される光ス
イッチに関する。
イッチに関する。
＜従来の技術とその問題点＞ 従来のこの種の光スイッチでは半導体を用いたフランツ
ケルディシュ効果を用いたデバイスが小型でありすぐれ
ている。フランツケルディシュ効果は半導体に電界を加
えたときに吸収端波長が長波長にシフトする効果であ
る。この半導体として、禁制帯幅の異なるそれぞれ500
Å以下の層を交互に積層した多重量子井戸構造を用いる
導波型光スイッチが考えられている（昭和６０年電子通
信学会総合全国大会Ｓ３−４）。この様な導波型光スイ
ッチにおいては、スイッチング速度はデバイスの静電容
量とシリーズ抵抗の積からなるＣＲ時定数で主に決まっ
ている。素子の静電容量は、ＰＮ接合の空乏層容量で決
まっておりこれはＰＮ接合面積に比例している。第２図
に示す様な従来の素子では、スイッチ動作を行なうスト
ライプが１０×500μm2程度と大きく、又ボンディング
用に別に１００×１００μm2程度の面積を必要とするか
ら比較的大きなＰＮ接合面積を必要としていた。このた
めデバイスの静電容量は３〜５ｐＦと比較的大きく、こ
の容量とシリーズ抵抗の５０Ωで決まるＣＲ時定数（〜
３００ｐsec）で動作速度が制限されていた。この動作
速度の一層の改善を図るには静電容量の低減すなわちＰ
Ｎ接合面積の低減を図る必要がある。しかしながら従来
の構造の光スイッチでは、ボンディングパッドの面積が
必要であることや、又ストライプ幅を現状よりも狭くす
るとエッチングによる側面の乱れによる信号光の散乱の
増加を招いてしまう等の事情があって、これ以上のＰＮ
接合面積の低減は困難であった。
ケルディシュ効果を用いたデバイスが小型でありすぐれ
ている。フランツケルディシュ効果は半導体に電界を加
えたときに吸収端波長が長波長にシフトする効果であ
る。この半導体として、禁制帯幅の異なるそれぞれ500
Å以下の層を交互に積層した多重量子井戸構造を用いる
導波型光スイッチが考えられている（昭和６０年電子通
信学会総合全国大会Ｓ３−４）。この様な導波型光スイ
ッチにおいては、スイッチング速度はデバイスの静電容
量とシリーズ抵抗の積からなるＣＲ時定数で主に決まっ
ている。素子の静電容量は、ＰＮ接合の空乏層容量で決
まっておりこれはＰＮ接合面積に比例している。第２図
に示す様な従来の素子では、スイッチ動作を行なうスト
ライプが１０×500μm2程度と大きく、又ボンディング
用に別に１００×１００μm2程度の面積を必要とするか
ら比較的大きなＰＮ接合面積を必要としていた。このた
めデバイスの静電容量は３〜５ｐＦと比較的大きく、こ
の容量とシリーズ抵抗の５０Ωで決まるＣＲ時定数（〜
３００ｐsec）で動作速度が制限されていた。この動作
速度の一層の改善を図るには静電容量の低減すなわちＰ
Ｎ接合面積の低減を図る必要がある。しかしながら従来
の構造の光スイッチでは、ボンディングパッドの面積が
必要であることや、又ストライプ幅を現状よりも狭くす
るとエッチングによる側面の乱れによる信号光の散乱の
増加を招いてしまう等の事情があって、これ以上のＰＮ
接合面積の低減は困難であった。
そこで本発明の目的は、上述の欠点を除去し、ＰＮ接合
面積の低減が容易であって、静電容量が小さく動作速度
の速い半導体光スイッチを提供することにある。
面積の低減が容易であって、静電容量が小さく動作速度
の速い半導体光スイッチを提供することにある。
＜問題点を解決するための手段＞ 前述の問題点を解決するために本発明の提供する半導体
光スイッチは、太さが電子の平均自由行程以下の（≦10
00Å）半導体からなる量子井戸細線と、この量子井戸細
線を囲みこの量子井戸細線よりも禁制帯幅の大きな半導
体バリアと、この半導体バリアと前記量子井戸細線から
なる量子井戸細線領域の２つの側面にそれぞれ形成され
たｐ型半導体領域及びｎ型半導体領域を備えることを特
徴とする。
光スイッチは、太さが電子の平均自由行程以下の（≦10
00Å）半導体からなる量子井戸細線と、この量子井戸細
線を囲みこの量子井戸細線よりも禁制帯幅の大きな半導
体バリアと、この半導体バリアと前記量子井戸細線から
なる量子井戸細線領域の２つの側面にそれぞれ形成され
たｐ型半導体領域及びｎ型半導体領域を備えることを特
徴とする。
＜実施例＞ 次に図面を参照して本発明を詳しく説明する。第１図は
本発明の一実施例の半導体光スイッチの斜視図である。
図中１は半絶縁性基板(GaAs)、２は第１クラッド層（ア
ンドープ高抵抗 0.２≦Ｘc1≦0.８，厚さ0.５〜３μｍ、典型的にはＸc1
＝0.４，厚さ〜1.５μｍ）、３は量子井戸細線領域（ア
ンドープ高抵抗，厚さ0.１〜１μｍ，幅0.５〜３μｍ、
典型的には厚さ0.５μｍ，幅１μｍ）、３ａは量子井戸
細線（厚さ４０〜200Å，幅４０〜1000Å，AlxwGa1-XwA
s，０≦Ｘｗ＜Ｘｂ、典型的には厚さ100Å，幅100〜500
Å，Ｘｗ＝０）、３ｂはバリア（幅４０〜1000Å、Alxb
Ga1-xbAs，0.１≦Ｘｂ＜Ｘc1，Ｘc2、典型的には幅100
〜500Å，Ｘｂ＝0.２）、４は第２クラッド層（アンド
ープ高抵抗 ０≦Ｘc2≦0.８，厚さ0.５〜３μｍ、典型的にはＸc2＝
0.４，厚さ〜1.５μｍ）、５ａはｐ型キャップ層(p−Ga
As)、５ｂはｎ型キャップ層（ｎ−GaAs）、６はｐ型領
域、７はｎ型領域、８はｐ型電極、９はｎ型電極であ
る。
本発明の一実施例の半導体光スイッチの斜視図である。
図中１は半絶縁性基板(GaAs)、２は第１クラッド層（ア
ンドープ高抵抗 0.２≦Ｘc1≦0.８，厚さ0.５〜３μｍ、典型的にはＸc1
＝0.４，厚さ〜1.５μｍ）、３は量子井戸細線領域（ア
ンドープ高抵抗，厚さ0.１〜１μｍ，幅0.５〜３μｍ、
典型的には厚さ0.５μｍ，幅１μｍ）、３ａは量子井戸
細線（厚さ４０〜200Å，幅４０〜1000Å，AlxwGa1-XwA
s，０≦Ｘｗ＜Ｘｂ、典型的には厚さ100Å，幅100〜500
Å，Ｘｗ＝０）、３ｂはバリア（幅４０〜1000Å、Alxb
Ga1-xbAs，0.１≦Ｘｂ＜Ｘc1，Ｘc2、典型的には幅100
〜500Å，Ｘｂ＝0.２）、４は第２クラッド層（アンド
ープ高抵抗 ０≦Ｘc2≦0.８，厚さ0.５〜３μｍ、典型的にはＸc2＝
0.４，厚さ〜1.５μｍ）、５ａはｐ型キャップ層(p−Ga
As)、５ｂはｎ型キャップ層（ｎ−GaAs）、６はｐ型領
域、７はｎ型領域、８はｐ型電極、９はｎ型電極であ
る。
本実施例ではｐ型領域６とｎ型領域７とは半導体膜の同
一平面内にあるから、これらの間に電圧を加えると電界
は半導体膜面と平行な方向に印加される。このとき本実
施例では、量子井戸細線3aを備えているから横方向にも
キャリア閉じ込めがされており、横方向に電界印加時に
量子準位の低エネルギーシフト側への移動が起こって良
好なスイッチング特性が得られた。
一平面内にあるから、これらの間に電圧を加えると電界
は半導体膜面と平行な方向に印加される。このとき本実
施例では、量子井戸細線3aを備えているから横方向にも
キャリア閉じ込めがされており、横方向に電界印加時に
量子準位の低エネルギーシフト側への移動が起こって良
好なスイッチング特性が得られた。
本実施例のＰＮ接合面積は全体厚みと素子長で決まる。
厚さに関しては分子線エピタキシー方法等の高度なエピ
タキシー技術によって高精度に制御出来る。このため厚
さはデバイスに最低必要な厚さ２〜３μｍに抑えること
が可能でしかも界面が平坦であるため光の散乱も小さ
い。又、本実施例ではｐ型領域６とｎ型領域７は半絶縁
性基板１の上に形成されているためにこれらの面積を大
きくしても静電容量が増加しないから容易にボンディン
グをすることが出来る。本実施例での静電容量はこれら
の効果によって容量が0.５ｐＦ以下となって100psec以
下の動作速度が実現した。
厚さに関しては分子線エピタキシー方法等の高度なエピ
タキシー技術によって高精度に制御出来る。このため厚
さはデバイスに最低必要な厚さ２〜３μｍに抑えること
が可能でしかも界面が平坦であるため光の散乱も小さ
い。又、本実施例ではｐ型領域６とｎ型領域７は半絶縁
性基板１の上に形成されているためにこれらの面積を大
きくしても静電容量が増加しないから容易にボンディン
グをすることが出来る。本実施例での静電容量はこれら
の効果によって容量が0.５ｐＦ以下となって100psec以
下の動作速度が実現した。
次に本実施例の半導体光スイッチの製作方法の一例を第
３図を用いて説明する。まず第１回目の結晶成長におい
て第３図(a)に示す様に半絶縁性基板１上に第１クラッ
ド層２、多重量子井戸１０を成長する。次に第３図(b)
に示す様にフォーカストイオンビーム法等を用いてＧａ
をストライプ状にイオン注入した後アニールすることに
よってＧａが注入された量子井戸を無秩序化して量子井
戸細線領域３を形成する。次に第３図(c)に示す様に第
２回目の結晶成長において第２クラッド層４及びキャッ
プ層５を形成する。その後第３図(d)に示す様に、Ｓｉ
の選択拡散を行なってｎ型領域７を形成し次にＺｎの選
択拡散を行なってｐ型領域６を形成する。この拡散時に
ｐ型領域６及びｎ型領域７に含まれる量子井戸細線領域
は無秩序化されて均一な半導体となる。最後にｐ型電極
８、ｎ型電極９を形成しストライプ上のキャップ層５を
除去して完成する。
３図を用いて説明する。まず第１回目の結晶成長におい
て第３図(a)に示す様に半絶縁性基板１上に第１クラッ
ド層２、多重量子井戸１０を成長する。次に第３図(b)
に示す様にフォーカストイオンビーム法等を用いてＧａ
をストライプ状にイオン注入した後アニールすることに
よってＧａが注入された量子井戸を無秩序化して量子井
戸細線領域３を形成する。次に第３図(c)に示す様に第
２回目の結晶成長において第２クラッド層４及びキャッ
プ層５を形成する。その後第３図(d)に示す様に、Ｓｉ
の選択拡散を行なってｎ型領域７を形成し次にＺｎの選
択拡散を行なってｐ型領域６を形成する。この拡散時に
ｐ型領域６及びｎ型領域７に含まれる量子井戸細線領域
は無秩序化されて均一な半導体となる。最後にｐ型電極
８、ｎ型電極９を形成しストライプ上のキャップ層５を
除去して完成する。
以上の実施例においては材料としてGaAs／AlGaAsを用い
たが、これに限らず他の材料たとえばInGaAsP／InP，In
GaAlAs／InP等を用いても本発明は実施できる。
たが、これに限らず他の材料たとえばInGaAsP／InP，In
GaAlAs／InP等を用いても本発明は実施できる。
＜発明の効果＞ 以上に詳しく説明したように、本発明によれば、静電容
量が小さく動作速度が速い半導体光スイッチが得られ
る。
量が小さく動作速度が速い半導体光スイッチが得られ
る。
第１図は本発明の一実施例の斜視図、第２図は従来例の
斜視図、第３図は第１図に示した実施例の製作工程を示
す図である。 図中、１……半絶縁性基板、２……第１クラッド層、３
……量子井戸細線領域、３ａ……量子井戸細線、３ｂ…
…バリア、４……第２クラッド層、５……キャップ層、
５ａ……ｐ型キャップ層、５ｂ……ｎ型キャップ層、６
……ｐ型領域、７……ｎ型領域、８……ｐ型電極、９…
…ｎ型電極、１０……多重量子井戸、２０……ｎ型GaAs
基板、２１……ｎ型クラッド層、２２……多重量子井
戸、２３……ｐ型クラッド層、２４……キャップ層、２
５……ｐ型電極、２６……ｎ型電極、である。
斜視図、第３図は第１図に示した実施例の製作工程を示
す図である。 図中、１……半絶縁性基板、２……第１クラッド層、３
……量子井戸細線領域、３ａ……量子井戸細線、３ｂ…
…バリア、４……第２クラッド層、５……キャップ層、
５ａ……ｐ型キャップ層、５ｂ……ｎ型キャップ層、６
……ｐ型領域、７……ｎ型領域、８……ｐ型電極、９…
…ｎ型電極、１０……多重量子井戸、２０……ｎ型GaAs
基板、２１……ｎ型クラッド層、２２……多重量子井
戸、２３……ｐ型クラッド層、２４……キャップ層、２
５……ｐ型電極、２６……ｎ型電極、である。
Claims (1)
- 【請求項１】太さが電子の平均自由行程以下の半導体か
らなる量子井戸細線と、この量子井戸細線を囲みこの量
子井戸細線よりも禁制帯幅の大きな半導体バリアと、こ
の半導体バリアと前記量子井戸細線からなる量子井戸細
線領域の２つの側面にそれぞれ形成されたｐ型半導体領
域及びｎ型半導体領域を備えることを特徴とする半導体
光スイッチ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13291287A JPH0640179B2 (ja) | 1987-05-27 | 1987-05-27 | 半導体光スイッチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13291287A JPH0640179B2 (ja) | 1987-05-27 | 1987-05-27 | 半導体光スイッチ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63294519A JPS63294519A (ja) | 1988-12-01 |
| JPH0640179B2 true JPH0640179B2 (ja) | 1994-05-25 |
Family
ID=15092427
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13291287A Expired - Lifetime JPH0640179B2 (ja) | 1987-05-27 | 1987-05-27 | 半導体光スイッチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0640179B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5467953B2 (ja) * | 2010-07-07 | 2014-04-09 | 日本オクラロ株式会社 | 半導体光素子、光送信モジュール、光送受信モジュール、及び、光伝送装置 |
-
1987
- 1987-05-27 JP JP13291287A patent/JPH0640179B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63294519A (ja) | 1988-12-01 |
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