JPH0675253A - Optical semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Optical semiconductor device and manufacturing method thereof

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JPH0675253A
JPH0675253A JP22624092A JP22624092A JPH0675253A JP H0675253 A JPH0675253 A JP H0675253A JP 22624092 A JP22624092 A JP 22624092A JP 22624092 A JP22624092 A JP 22624092A JP H0675253 A JPH0675253 A JP H0675253A
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JP
Japan
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region
quantum well
resistivity
well structure
multiple quantum
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JP22624092A
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Japanese (ja)
Inventor
Tatsuro Ikeda
達郎 池田
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 多重量子井戸構造を有する光半導体装置に関
し、多重量子井戸構造を用いた新規な構成を有する光半
導体装置を提供することを目的とする。 【構成】 相対的に広いバンドギャップを有する高抵抗
率の半導体バリア層と相対的に狭いバンドギャップを有
する高抵抗率の半導体ウェル層とを交互に積層した多重
量子井戸構造と、前記多重量子井戸構造内に膜厚方向に
画定された第1高抵抗率領域を挟んで平面上で対向して
前記多重量子井戸構造内に形成された第1導電型の第1
の低抵抗率領域および第2導電型の第2の低抵抗率領域
と、前記第1および第2の低抵抗率領域間に逆バイアス
電圧を印加することのできる手段とを有する。
(57) [Summary] [Object] To provide an optical semiconductor device having a multiple quantum well structure, and to provide an optical semiconductor device having a novel structure using the multiple quantum well structure. A multi-quantum well structure in which a high-resistivity semiconductor barrier layer having a relatively wide bandgap and a high-resistivity semiconductor well layer having a relatively narrow bandgap are alternately laminated, and the multi-quantum well A first conductivity type first formed in the multiple quantum well structure so as to face each other on a plane with a first high resistivity region defined in the film thickness direction interposed therebetween.
In the low resistivity region and the second low resistivity region of the second conductivity type, and means capable of applying a reverse bias voltage between the first and second low resistivity regions.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光半導体装置に関し、特
に多重量子井戸構造を有する光半導体装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical semiconductor device, and more particularly to an optical semiconductor device having a multiple quantum well structure.

【0002】近年、光エレクトロニクスの進展に伴っ
て、光集積回路の開発が重要な課題となっている。光集
積回路の主要受動構成部品には、導波路や選択的反射
面、偏向素子、スイッチング素子等がある。これら受動
光学部品は半導体レーザや光センサ等の能動光学部品と
共に1枚の基板上に集積化されることが望まれる。
In recent years, with the progress of optoelectronics, development of optical integrated circuits has become an important issue. The main passive components of an optical integrated circuit include a waveguide, a selective reflection surface, a deflection element, and a switching element. It is desired that these passive optical components are integrated on one substrate together with active optical components such as a semiconductor laser and an optical sensor.

【0003】[0003]

【従来の技術】光集積回路には、大別してハイブリッド
型とモノリシック型がある。ハイブリッド型は主に酸化
物光学材料、たとえばLiNbO3 を導波路や光スイッ
チング素子として用い、半導体発光素子と組み合わせた
ものである。これに対して、モノリシック型は半導体
(III−V族化合物半導体)基板上に全ての能動、受
動光学部品を集積化したものである。
2. Description of the Related Art Optical integrated circuits are roughly classified into hybrid type and monolithic type. The hybrid type mainly uses an oxide optical material such as LiNbO 3 as a waveguide or an optical switching element and combines it with a semiconductor light emitting element. On the other hand, the monolithic type is a device in which all active and passive optical components are integrated on a semiconductor (III-V group compound semiconductor) substrate.

【0004】LiNbO3 基板を用いたハイブリッド光
集積回路は、大きな非線型光学定数と高速応答性を利用
できる。変調遮断周波数10GHz以上、挿入損失2d
B以下の変調器を用いて4×4マトリクススイッチ等が
実現している。
A hybrid optical integrated circuit using a LiNbO 3 substrate can utilize a large nonlinear optical constant and high speed response. Modulation cutoff frequency 10 GHz or more, insertion loss 2d
A 4 × 4 matrix switch or the like is realized by using a modulator of B or less.

【0005】しかし、光コンピュータや光交換機等の超
大容量システムに用いる場合、高い集積度が要求され
る。μmオーダの素子サイズになると、光軸合わせや素
子加工等がハイブリッド方式では極めて困難になってく
る。また、駆動電圧の低下にも限界がある。このため
に、半導体微細加工技術の適用ができるモノリシック光
集積回路が開発の中心となりつつある。
However, when it is used in an ultra large capacity system such as an optical computer or an optical switch, a high degree of integration is required. When the element size is on the order of μm, optical axis alignment and element processing become extremely difficult with the hybrid method. Moreover, there is a limit to the reduction of the driving voltage. For this reason, monolithic optical integrated circuits to which semiconductor fine processing technology can be applied are becoming the center of development.

【0006】半導体光集積回路においては、スイッチン
グ素子に代表される光受動素子の開発に大きなブレーク
スルーが期待されている。すなわち、半導体において
は、LiNbO3 のような光学材料に比べて電気光学定
数が小さいので、大きな屈折率変化を得ることが難し
い。
In semiconductor optical integrated circuits, great breakthroughs are expected in the development of optically passive elements represented by switching elements. That is, a semiconductor has a smaller electro-optic constant than an optical material such as LiNbO 3 , so that it is difficult to obtain a large change in refractive index.

【0007】バルク半導体の場合、光スイッチングに十
分な屈折率変化を得ようとすると、駆動電圧を非常に大
きくするか、スイッチング領域長を非常に長くする必要
が生じる。このため、光集積回路を構成する他の光学部
品との整合性が悪くなり、また回路のCR時定数が大き
くなって高速応答性が劣化する。
In the case of a bulk semiconductor, in order to obtain a sufficient change in the refractive index for optical switching, it is necessary to make the driving voltage very large or the switching region length very long. For this reason, the compatibility with other optical components constituting the optical integrated circuit becomes poor, the CR time constant of the circuit becomes large, and the high-speed response deteriorates.

【0008】半導体の屈折率変化を改善する方法として
注目されている技術に、多重量子井戸構造を用いた量子
閉じ込めシュタルク効果の利用がある。量子閉じ込めシ
ュタルク効果を利用した光スイッチの構成を、図3に示
す。
One of the techniques attracting attention as a method for improving the change in the refractive index of a semiconductor is the use of the quantum confined Stark effect using a multiple quantum well structure. The structure of an optical switch utilizing the quantum confined Stark effect is shown in FIG.

【0009】図3(A)はp型層とn型層との間に多重
量子井戸構造(MQW)を挟んだpin接合を逆方向に
バイアスした素子に波長λinの光が入射した状態を概念
的に示している。
FIG. 3A shows a state in which light of wavelength λ in is incident on an element in which a pin junction having a multiple quantum well structure (MQW) sandwiched between a p-type layer and an n-type layer is reversely biased. It is shown conceptually.

【0010】半導体のn型層51上に、多重量子井戸構
造(MQW)53を含むi型層を積層し、その上にp型
55を積層してある。MQWの上下にi型クラッド層5
7b、57aを形成してもよい。
An i-type layer containing a multi-quantum well structure (MQW) 53 is laminated on a semiconductor n-type layer 51, and a p-type 55 is laminated thereon. I-type clad layer 5 above and below MQW
7b and 57a may be formed.

【0011】この積層構造に、MQW53の積層方向
(井戸層面に垂直方向)に逆バイアス電圧を印加する
と、電圧はほとんどMQW53を含むi型層にかかる。
この結果、井戸層内の量子準位に捕らえられていた電子
および正孔の波動関数が互いに逆方向にシフトし、また
シュタルク効果によって伝導帯の量子準位は相対的に低
下し、価電子帯の量子準位は上昇する。
When a reverse bias voltage is applied to this laminated structure in the laminating direction of the MQW 53 (direction perpendicular to the well layer surface), almost all the voltage is applied to the i-type layer containing the MQW 53.
As a result, the electron and hole wavefunctions trapped in the quantum levels in the well layer shift in opposite directions, and the quantum level in the conduction band relatively decreases due to the Stark effect, resulting in a valence band The quantum level of rises.

【0012】この点は、井戸層内に閉じ込められた励起
子についても同様である。MQWでは、電子・正孔の井
戸層内閉じ込めのために、励起子の結合エネルギが増大
し、室温においても明瞭な励起子ピークが観察される。
This point also applies to excitons confined in the well layer. In MQW, the binding energy of excitons increases due to the confinement of electrons and holes in the well layer, and a clear exciton peak is observed even at room temperature.

【0013】図3(B)は、MQWの屈折率においてみ
られる励起子の形成による異常効果を示す。図3(B)
によれば、無電界時に生じている励起子による屈折率ピ
ークが、電界印加によるシュタルク効果と正孔・電子の
位置シフトによる励起子結合エネルギの減少によって長
波長側へシフトしている。
FIG. 3 (B) shows the anomalous effect due to exciton formation seen in the index of refraction of MQW. Figure 3 (B)
According to this, the refractive index peak due to excitons generated when there is no electric field shifts to the long wavelength side due to the Stark effect due to the application of an electric field and the decrease in exciton binding energy due to the position shift of holes and electrons.

【0014】そこで、入射光波長λinを電界印加時の屈
折率ピークの近傍N点に選べば、無電界時の屈折率M点
との差が比較的大きくなるため、図3(A)の素子を光
スイッチングに利用できる。
Therefore, if the incident light wavelength λ in is selected as the N point near the refractive index peak when an electric field is applied, the difference from the M point when the electric field is not applied becomes relatively large. The device can be used for optical switching.

【0015】井戸層に垂直に電界を印加した場合、たと
えばAlGaAs/GaAsのMQWでは、105 V/
cm程度の強電界下でも励起子は十分安定に存在するこ
とが示された。
When an electric field is applied vertically to the well layer, for example, in the case of MQW of AlGaAs / GaAs, 10 5 V /
It was shown that excitons exist sufficiently stably even under a strong electric field of about cm.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
多重量子井戸を用いた光半導体装置の利用が計られてい
るが、未だその能力が十分利用されているとはいえな
い。
As described above,
Optical semiconductor devices using multiple quantum wells have been used, but their capabilities are not yet fully utilized.

【0017】本発明の目的は、多重量子井戸構造を用い
た新規な構成を有する光半導体装置を提供することであ
る。本発明の他の目的は、新規な構成を有する多重量子
井戸を用いた光半導体装置の製造方法を提供することで
ある。
An object of the present invention is to provide an optical semiconductor device having a novel structure using a multiple quantum well structure. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing an optical semiconductor device using a multiple quantum well having a novel structure.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明の光半導体装置
は、相対的に広いバンドギャップを有する高抵抗率の半
導体バリア層と相対的に狭いバンドギャップを有する高
抵抗率の半導体ウェル層とを交互に積層した多重量子井
戸構造と、前記多重量子井戸構造内に膜厚方向に画定さ
れた第1高抵抗率領域を挟んで平面上で対向して前記多
重量子井戸構造内に形成された第1導電型の第1の低抵
抗率領域および第2導電型の第2の低抵抗率領域と、前
記第1および第2の低抵抗率領域間に逆バイアス電圧を
印加することのできる手段とを有する。
The optical semiconductor device of the present invention comprises a high-resistivity semiconductor barrier layer having a relatively wide bandgap and a high-resistivity semiconductor well layer having a relatively narrow bandgap. A multi-quantum well structure that is alternately stacked and a multi-quantum well structure that is formed in the multi-quantum well structure facing each other on a plane with a first high resistivity region defined in the film thickness direction defined in the multi-quantum well structure. A first conductivity type first low resistivity region and a second conductivity type second low resistivity region, and means capable of applying a reverse bias voltage between the first and second low resistivity regions. Have.

【0019】また、本発明の光半導体装置は、さらに、
前記第1低抵抗率領域を挟んで前記第1高抵抗領域と対
向するように前記多重量子井戸構造内に画定された第2
高抵抗率領域と、前記第2高抵抗率領域を挟んで前記第
1低抵抗率領域と対向するように前記多重井戸構造内に
形成された第3低抵抗率領域とを有する。
The optical semiconductor device of the present invention further comprises:
A second quantum well structure defined in the multiple quantum well structure so as to face the first high resistance region with the first low resistivity region sandwiched therebetween.
A high-resistivity region and a third low-resistivity region formed in the multi-well structure so as to face the first low-resistivity region with the second high-resistivity region interposed therebetween.

【0020】また、本発明の光半導体装置は、さらに、
前記第2低抵抗率領域を挟んで前記第1高抵抗率領域と
対向するように、前記多重量子井戸構造内に画定された
第3高抵抗率領域と、前記第3高抵抗率領域を挟んで前
記第2低抵抗率領域と対向するように前記多重量子井戸
構造内に形成された第4低抵抗率領域とを有する。
The optical semiconductor device of the present invention further comprises:
The third high resistivity region defined in the multiple quantum well structure and the third high resistivity region are sandwiched so as to face the first high resistivity region with the second low resistivity region sandwiched therebetween. And a fourth low resistivity region formed in the multiple quantum well structure so as to face the second low resistivity region.

【0021】[0021]

【作用】多重量子井戸構造内に高抵抗率領域を挟んで一
対の低抵抗領域を形成すると、高抵抗率領域の半導体ウ
ェル層に面内方向に平行な電界を印加することができ
る。
When a pair of low resistance regions are formed with a high resistivity region sandwiched in the multiple quantum well structure, an electric field parallel to the in-plane direction can be applied to the semiconductor well layer in the high resistivity region.

【0022】半導体ウェル層の面内方向に電界を印加す
ると、その領域の屈折率は低下する。この屈折率変化を
利用して種々の光学部品を形成することができる。一対
の高抵抗率領域を用いることにより、高屈折領域の両側
に低屈折領域を形成することができる。これを利用して
導波路構造を選択的に作成することが可能となる。
When an electric field is applied in the in-plane direction of the semiconductor well layer, the refractive index of that region decreases. Various optical components can be formed by utilizing this change in the refractive index. By using the pair of high resistivity regions, the low refractive region can be formed on both sides of the high refractive region. By utilizing this, the waveguide structure can be selectively formed.

【0023】低屈折率領域を挟んだ一対の低抵抗率領域
のそれぞれの両側に高抵抗率領域を形成し、電界を印加
すると、一対の導波路構造を形成することができる。各
導波路構造は、印加電圧の制御により、その形成、消滅
を制御することができる。
When a high resistivity region is formed on each side of a pair of low resistivity regions sandwiching the low refractive index region and an electric field is applied, a pair of waveguide structures can be formed. The formation and disappearance of each waveguide structure can be controlled by controlling the applied voltage.

【0024】[0024]

【実施例】図1に、多重量子井戸構造を用いた光半導体
装置の基本構成を示す。比較的広いバンドギャップを有
する半導体バリア層Bと、比較的狭いバンドギャップを
有する半導体ウェル層Wを交互に積層すると、多重量子
井戸構造MQWが形成される。
EXAMPLE FIG. 1 shows a basic structure of an optical semiconductor device using a multiple quantum well structure. When the semiconductor barrier layer B having a relatively wide bandgap and the semiconductor well layer W having a relatively narrow bandgap are alternately stacked, the multiple quantum well structure MQW is formed.

【0025】この多重量子井戸構造MQWを高抵抗率半
導体で形成し、所定領域に選択的に不純物をドープする
と、低抵抗率領域を選択的に形成することができる。た
とえば、高抵抗率領域i1を挟んでn型不純物をドープ
したn型領域n1と、p型不純物をドープしたp型領域
p1を形成すると、ラテラルpin構造が形成される。
If this multiple quantum well structure MQW is formed of a high resistivity semiconductor and a predetermined region is selectively doped with impurities, a low resistivity region can be selectively formed. For example, a lateral pin structure is formed by forming an n-type region n1 doped with an n-type impurity and a p-type region p1 doped with a p-type impurity with the high resistivity region i1 interposed therebetween.

【0026】図1(A)は、このラテラルpinダイオ
ード構造に逆バイアス電圧源V1とスイッチSWを接続
した構成を示す。図1(A)に示す多重量子井戸構造M
QWは、図1(B)実線に示すような屈折率のスペクト
ルを示す。波長λopのピークは、半導体ウェル層W内の
エキシトンに由来するものと言われている。
FIG. 1A shows a configuration in which a reverse bias voltage source V1 and a switch SW are connected to this lateral pin diode structure. The multiple quantum well structure M shown in FIG.
QW shows the spectrum of the refractive index as shown by the solid line in FIG. The peak of the wavelength λ op is said to originate from the excitons in the semiconductor well layer W.

【0027】図1(A)に示すラテラルpinダイオー
ド構造に、逆バイアス電圧を印加すると、屈折率のスペ
クトルは図1(B)点線に示すように変化する。すなわ
ち、波長λopの屈折率ピークは消滅する。
When a reverse bias voltage is applied to the lateral pin diode structure shown in FIG. 1 (A), the spectrum of the refractive index changes as shown by the dotted line in FIG. 1 (B). That is, the refractive index peak at the wavelength λ op disappears.

【0028】このような屈折率の変化は、図1(C)に
示すようなエキシトンの消滅によるものと考えられる。
半導体ウェル層W内に電子・正孔対の形成するエキシト
ンEXが存在するとする。この半導体ウェル層内の面内
方向に電界Eを印加すると、正孔は電界Eの方向に、電
子は逆方向に加速される。
It is considered that such a change in the refractive index is due to the disappearance of excitons as shown in FIG.
It is assumed that excitons EX formed by electron-hole pairs exist in the semiconductor well layer W. When an electric field E is applied in the in-plane direction within the semiconductor well layer, holes are accelerated in the direction of the electric field E and electrons are accelerated in the opposite direction.

【0029】半導体ウェル層Wは、層と垂直方向には狭
い幅を有し、キャリアの自由度を制限しているが、層と
平行な面内方向には自由度を有している。このため、多
重量子井戸構造の面内方向に電界を印加すると、エキシ
トンEXは比較的容易に消滅する。エキシトンEXが消
滅すると、エキシトンに由来する屈折率nのピークも消
滅する。
The semiconductor well layer W has a narrow width in the direction perpendicular to the layer and limits the degree of freedom of carriers, but has the degree of freedom in the in-plane direction parallel to the layer. Therefore, when an electric field is applied in the in-plane direction of the multiple quantum well structure, the excitons EX disappear relatively easily. When the exciton EX disappears, the peak of the refractive index n derived from the exciton also disappears.

【0030】図1(A)に示す多重量子井戸構造に、逆
バイアス電圧を印加しない状態においては、p型領域p
1、i型領域i1、n型領域n1は、ほぼ同等な光学的
性質を示し、図1(D)に示すようなほぼ均一な屈折率
分布を示す。
In the multi-quantum well structure shown in FIG. 1A, in the state where no reverse bias voltage is applied, the p-type region p
The 1, i-type region i1 and the n-type region n1 have almost the same optical properties, and have a substantially uniform refractive index distribution as shown in FIG.

【0031】ところが、図1(A)に示すpinダイオ
ード構造を有する多重量子井戸構造MQWに、逆バイア
ス電圧V1を印加すると、この逆バイアス電圧はほぼ高
抵抗領域であるi型領域i1にのみ印加される。
However, when a reverse bias voltage V1 is applied to the multiple quantum well structure MQW having the pin diode structure shown in FIG. 1A, this reverse bias voltage is applied only to the i-type region i1 which is a substantially high resistance region. To be done.

【0032】このため、図1(B)の実線から破線の変
化がi型領域i1でのみ現れる。したがって、図1
(A)に示すpinダイオード構造内の屈折率分布は、
図1(E)に示すように変化する。
Therefore, the change from the solid line to the broken line in FIG. 1B appears only in the i-type region i1. Therefore, FIG.
The refractive index distribution in the pin diode structure shown in (A) is
It changes as shown in FIG.

【0033】すなわち、低抵抗率領域であるp型領域p
1、n型領域n1においては、屈折率はほとんど変化し
ないのに対し、高抵抗率領域であるi型領域i1におい
ては、屈折率nが低下し、ほぼステップ状の屈折率分布
が生じる。
That is, the p-type region p which is a low resistivity region
In the 1 and n-type regions n1, the refractive index hardly changes, whereas in the i-type region i1 which is a high resistivity region, the refractive index n decreases and a stepwise refractive index distribution is generated.

【0034】言い換えると、多重量子井戸構造内に高抵
抗率領域を挟んで低抵抗率領域を形成し、電界を印加す
ると、高抵抗率領域における屈折率変化は低抵抗率領域
における屈折率変化と異なり、屈折率界面が発生する。
In other words, when a low resistivity region is formed with a high resistivity region sandwiched in the multiple quantum well structure and an electric field is applied, the change in the refractive index in the high resistivity region becomes the change in the refractive index in the low resistivity region. Differently, a refractive index interface occurs.

【0035】図2は、多重量子井戸構造を用いた光半導
体装置の他の基本構成を示す。図2(A)は、2つの高
抵抗率領域i1、i2を用いた光半導体装置の構成を示
す。半導体バリア層B1、B2、B3と半導体ウェル層
W1、W2が交互に積層され、多重量子井戸構造MQW
を形成している点は、図1の場合と同様である。
FIG. 2 shows another basic structure of an optical semiconductor device using a multiple quantum well structure. FIG. 2A shows a structure of an optical semiconductor device using two high resistivity regions i1 and i2. The semiconductor barrier layers B1, B2, B3 and the semiconductor well layers W1, W2 are alternately stacked to form a multiple quantum well structure MQW.
Is the same as in the case of FIG.

【0036】本構成においては、多重量子井戸構造MQ
W内に第1の低抵抗率領域であるp型領域p1を挟んで
一対の高抵抗率領域であるi型領域i1、i2が形成さ
れ、その両側にさらに第2、第3の低抵抗率領域である
n型領域n1、n2が形成されている。すなわち、多重
量子井戸構造内にその面内方向にnipinラテラル構
造が形成されている。
In this structure, the MQW structure MQ
A pair of i-type regions i1 and i2, which are high-resistivity regions, are formed in W with a p-type region p1 that is a first low-resistivity region interposed therebetween, and second and third low-resistivity regions are formed on both sides thereof. N-type regions n1 and n2, which are regions, are formed. That is, the nipin lateral structure is formed in the in-plane direction in the multiple quantum well structure.

【0037】各pinラテラルダイオード構造に可変逆
バイアス電圧源V1、V2が接続される。すなわち、p
型領域p1とn型領域n1の間に可変逆バイアス電圧源
V1が接続され、p型領域p1とn型領域n2の間に可
変逆バイアス電圧源V2が接続されている。
Variable reverse bias voltage sources V1 and V2 are connected to each pin lateral diode structure. That is, p
A variable reverse bias voltage source V1 is connected between the type region p1 and the n-type region n1, and a variable reverse bias voltage source V2 is connected between the p-type region p1 and the n-type region n2.

【0038】各pinダイオード構造は、図1に示した
pinダイオード構造と同等のものとなる。ただし、中
央のp型領域p1は、両pinダイオード構造に共通の
領域である。なお、nipin構造を示したが、pin
ipラテラル構造を形成することもできる。
Each pin diode structure is the same as the pin diode structure shown in FIG. However, the central p-type region p1 is a region common to both pin diode structures. In addition, although the nipin structure is shown,
It is also possible to form an ip lateral structure.

【0039】図2(B)は、図2(A)に示す多重量子
井戸構造に逆バイアス電圧V1、V2を印加した状態の
屈折率分布を示す。逆バイアス電圧を印加しない状態で
は、破線で示すように高抵抗率領域iの屈折率は低抵抗
率領域p、nの屈折率とほぼ等しい。逆バイアス電圧を
印加すると、この逆バイアス電圧は高抵抗率領域である
i型領域i1、i2にほぼ印加されるため、これらの領
域の屈折率が選択的に低下する。
FIG. 2B shows the refractive index distribution in the state in which the reverse bias voltages V1 and V2 are applied to the multiple quantum well structure shown in FIG. 2A. When the reverse bias voltage is not applied, the refractive index of the high resistivity region i is almost equal to the refractive index of the low resistivity regions p and n as shown by the broken line. When a reverse bias voltage is applied, this reverse bias voltage is almost applied to the i-type regions i1 and i2 which are high resistivity regions, so that the refractive index of these regions is selectively lowered.

【0040】したがって、屈折率がほとんど低下しない
p型領域p1を挟んで2つの低屈折率領域が形成され
る。一対の低屈折率領域で挟まれた高屈折率領域は光導
波路構造を構成する。
Therefore, two low-refractive-index regions are formed with the p-type region p1 in which the refractive index is hardly lowered, sandwiched therebetween. The high refractive index region sandwiched by the pair of low refractive index regions constitutes an optical waveguide structure.

【0041】このように、図2(A)に示す構造に逆バ
イアス電圧を印加すると、中央のp型領域p1がコア層
となり、両側のi型領域i1、i2がクラッド領域とな
る。図2(C)は、多重量子井戸構造を用いた光半導体
装置のさらに他の基本構成を示す。半導体バリア層B
1、B2、B3と、半導体ウェル層W1、W2を交互に
積層して多重量子井戸構造MQWを形成している点は、
図1、図2(A)と同様である。
As described above, when a reverse bias voltage is applied to the structure shown in FIG. 2A, the central p-type region p1 becomes a core layer, and the i-type regions i1 and i2 on both sides become clad regions. FIG. 2C shows still another basic structure of an optical semiconductor device using the multiple quantum well structure. Semiconductor barrier layer B
1, B2, B3 and semiconductor well layers W1, W2 are alternately laminated to form a multiple quantum well structure MQW.
This is similar to FIG. 1 and FIG.

【0042】本構成においては、多重量子井戸構造MQ
W内に低抵抗率領域と高抵抗率領域が交互にラテラル方
向に形成され、3個の高抵抗率領域i1、i2、i3を
低抵抗率領域が挟んだ構成になっている。
In this structure, the MQW structure MQ
Low-resistivity regions and high-resistivity regions are alternately formed in W in the lateral direction, and three high-resistivity regions i1, i2, and i3 are sandwiched by low-resistivity regions.

【0043】図示の構成においては、多重量子井戸構造
MQW内に、n型領域n2、i型領域i2、p型領域p
1、i型領域i1、n型領域n1、i型領域i3、p型
領域p2が交互に形成され、nipinip構造を形成
している。
In the illustrated structure, the n-type region n2, the i-type region i2 and the p-type region p are provided in the MQW structure.
1, i-type region i1, n-type region n1, i-type region i3, and p-type region p2 are alternately formed to form a nipinip structure.

【0044】この構成において、各pinラテラルダイ
オード構造は、図1(A)に示すものと同等となる。各
pinラテラルダイオード構造に可変逆バイアス電圧源
V1、V2、V3が接続されている。
In this structure, each pin lateral diode structure is equivalent to that shown in FIG. Variable reverse bias voltage sources V1, V2, V3 are connected to each pin lateral diode structure.

【0045】図2(D)は、図2(C)に示す多重量子
井戸構造MQWの各pinダイオード構造に逆バイアス
電圧を印加した状態の屈折率分布を示す。逆バイアス電
圧を印加しない状態においては、図中破線で示すよう
に、各領域はほぼ同等の屈折率を有するが、逆バイアス
電圧を印加すると、各高抵抗率領域i1、i2、i3の
屈折率nが低下する。
FIG. 2D shows the refractive index distribution in the state in which a reverse bias voltage is applied to each pin diode structure of the multiple quantum well structure MQW shown in FIG. 2C. When the reverse bias voltage is not applied, the respective regions have almost the same refractive index as shown by the broken line in the figure, but when the reverse bias voltage is applied, the refractive index of each of the high resistivity regions i1, i2, i3 is increased. n decreases.

【0046】したがって、図2(D)に示すように、p
型領域p1とn型領域n1の両側に低屈折率領域が発生
する。低屈折率領域で挟まれたp型領域p1とn型領域
n1は、それぞれ導波路構造を構成している。この導波
路構造は、逆バイアス電圧の制御によってその発生、消
滅を制御することができる。
Therefore, as shown in FIG.
Low refractive index regions occur on both sides of the mold region p1 and the n-type region n1. The p-type region p1 and the n-type region n1 sandwiched by the low-refractive-index regions each constitute a waveguide structure. The generation and disappearance of this waveguide structure can be controlled by controlling the reverse bias voltage.

【0047】なお、図2(C)の構成において、中央に
示した可変逆バイアス電圧源V1を省略し、i型領域i
1の領域を固定的に低屈折率領域で構成することもでき
る。また、nipinip構造の代わりに、pinip
in構造としてもよい。
In the structure of FIG. 2C, the variable reverse bias voltage source V1 shown in the center is omitted and the i-type region i
The region 1 may be fixedly constituted by a low refractive index region. Also, instead of the nipinip structure, the pinip
It may have an in structure.

【0048】1つの入射光導波路に図2(C)に示すp
型領域p1、n型領域n1を接続し、逆バイアス電圧の
印加を制御すると、入射光導波路を2つの導波路構造の
いずれにも選択的に接続することが可能となる。したが
って、光スイッチ構造が構成される。
In one incident optical waveguide, p shown in FIG.
By connecting the mold region p1 and the n-type region n1 and controlling the application of the reverse bias voltage, the incident optical waveguide can be selectively connected to either of the two waveguide structures. Therefore, an optical switch structure is constructed.

【0049】なお、多重量子井戸構造の面内方向の光学
的構造のみを説明したが、多重量子井戸構造を屈折率の
低い一対のクラッド層で挟むこと等により、多重量子井
戸構造の垂直方向にも光閉じ込め機能を持たせることが
できる。
Although only the optical structure in the in-plane direction of the multi-quantum well structure has been described, the multi-quantum well structure is sandwiched between a pair of cladding layers having a low refractive index so that the multi-quantum well structure can be vertically aligned. Can also have a light confinement function.

【0050】また、多重量子井戸構造の半導体バリア層
B、半導体ウェル層Wの組み合わせとしては、InP/
InGaAs、AlGaAs/GaAs、InP/In
AlAs等を用いることができる。また、これらの多重
量子井戸構造よりも実効的屈折率の低いクラッド層とし
ては、InP、AlGaAs等を用いることができる。
As a combination of the semiconductor barrier layer B and the semiconductor well layer W having the multiple quantum well structure, InP /
InGaAs, AlGaAs / GaAs, InP / In
AlAs or the like can be used. In addition, InP, AlGaAs, or the like can be used as the clad layer having an effective refractive index lower than those of the multiple quantum well structure.

【0051】図4は、図1(A)に示す多重量子井戸構
造を用いた光半導体装置の構成例を示す。Feをドープ
した半絶縁性InP基板1の上に、半導体ウェル層とし
て厚さ約100ÅのIn1-x Gax Asy 1-y (x=
0.438、y=0.940)、半導体バリア層として
厚さ約100ÅのInPを交互に約20周期MOCV
D、MOVPE等によりエピタキシャルに成長する。
FIG. 4 shows an example of the structure of an optical semiconductor device using the multiple quantum well structure shown in FIG. On a semi-insulating InP substrate 1 doped with Fe, a semiconductor well layer of In 1-x Ga x As y P 1-y (x =
0.438, y = 0.940), and about 100 cycles of InP having a thickness of about 100Å alternately as a semiconductor barrier layer.
It grows epitaxially by D, MOVPE, or the like.

【0052】i型領域i1を挟んでp型、n型の不純物
をドープしてp型領域p1、n型領域n1を形成する。
その後、導波路領域WG1、WG2、WG3、WG4お
よびp型領域p1、i型領域i1、n型領域n1以外の
部分を除去する。
A p-type region p1 and an n-type region n1 are formed by doping p-type and n-type impurities with the i-type region i1 interposed therebetween.
Then, portions other than the waveguide regions WG1, WG2, WG3, WG4 and the p-type region p1, i-type region i1, and n-type region n1 are removed.

【0053】このようにして、形成した多重量子井戸構
造MQWの上にさらにクラッド層としてInP層を堆積
する。p型領域p1とn型領域n1の間に逆バイアス電
圧を選択的に印加すると、i型領域i1の屈折率が選択
的に低下する。このため屈折率界面が生じ、導波路WG
1から入射する光を2つの導波路WG3、WG4に選択
的に振り分けることができる。
In this way, an InP layer is further deposited as a clad layer on the formed multiple quantum well structure MQW. When the reverse bias voltage is selectively applied between the p-type region p1 and the n-type region n1, the refractive index of the i-type region i1 is selectively reduced. Therefore, a refractive index interface is generated, and the waveguide WG
Light incident from 1 can be selectively distributed to the two waveguides WG3 and WG4.

【0054】pinラテラルダイオード構造に逆バイア
ス電圧を印加しない状態においては、屈折率界面はな
く、導波路WG1から入射した光L1は直進し、導波路
WG4に出射する光L2となる。
When no reverse bias voltage is applied to the pin lateral diode structure, there is no refractive index interface, and the light L1 incident from the waveguide WG1 goes straight and becomes the light L2 emitted to the waveguide WG4.

【0055】pinラテラルダイオード構造に逆バイア
ス電圧を印加すると、i型領域i1の屈折率が低下し、
p型領域p1とi型領域i1の間に屈折率界面が発生す
る。この状態で導波路WG1から光L1を入射すると、
光L1はp型領域p1とi型領域i2の屈折率界面で全
反射され、導波路WG3に出射する光L3となる。
When a reverse bias voltage is applied to the pin lateral diode structure, the refractive index of the i-type region i1 is lowered,
A refractive index interface is generated between the p-type region p1 and the i-type region i1. In this state, when the light L1 is incident from the waveguide WG1,
The light L1 is totally reflected at the refractive index interface between the p-type region p1 and the i-type region i2, and becomes the light L3 emitted to the waveguide WG3.

【0056】このように、pinラテラルダイオード構
造に印加する逆バイアス電圧を制御することにより、入
射光L1を導波路WG4とWG3に選択的に振り分ける
ことができる。導波路WG3から光を入射し、導波路W
G1とWG2の間で振り分けることができる。
In this way, by controlling the reverse bias voltage applied to the pin lateral diode structure, the incident light L1 can be selectively distributed to the waveguides WG4 and WG3. Light is input from the waveguide WG3 and the waveguide W
It can be distributed between G1 and WG2.

【0057】なお、図2(A)に示す多重量子井戸構造
を用いた導波路は、種々の形態で利用できることは当業
者に自明であろう。たとえば、図4に示す光半導体装置
の導波路WG1〜WG4の形成に利用することも可能で
ある。
It will be apparent to those skilled in the art that the waveguide using the multiple quantum well structure shown in FIG. 2A can be used in various forms. For example, it can be used for forming the waveguides WG1 to WG4 of the optical semiconductor device shown in FIG.

【0058】図5は、図2(C)に示す多重量子井戸構
造を用いた光スイッチ装置の基本構成およびその機能を
説明する概念図である。図5(A)は光スイッチの構成
を概略的に示す。導波路WGaは、2つの導波路WGb
とWGcに分岐している。この光スイッチ構造の入射導
波路部分をR1、分岐部分をR2、分岐後の導波路部分
をR3で示す。領域F1、F2、F3は、導波路領域W
Gを取り囲む領域であり、これらの領域の屈折率が低い
時、導波路が形成される。
FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining the basic structure and function of an optical switch device using the multiple quantum well structure shown in FIG. 2 (C). FIG. 5A schematically shows the structure of the optical switch. The waveguide WGa is two waveguides WGb.
And WGc. The incident waveguide portion of this optical switch structure is indicated by R1, the branched portion is indicated by R2, and the branched waveguide portion is indicated by R3. The regions F1, F2, F3 are the waveguide regions W.
A region surrounding G, and when the refractive index of these regions is low, a waveguide is formed.

【0059】図5(B)は、出射側の2つの導波路WG
bとWGcが共に形成されている状態を示す。入射側導
波路WGaから入射した後は、2つの導波路WGb、W
Gcに分岐し、それぞれの出射側導波路から出射する。
この時、出射側導波路部分の屈折率分布は、図中上部に
示すように導波路部分で高く、その他の部分で低い。
FIG. 5B shows two waveguides WG on the output side.
The state where b and WGc are formed together is shown. After entering from the incident side waveguide WGa, two waveguides WGb, W
The light is branched into Gc and emitted from each emission side waveguide.
At this time, the refractive index distribution of the exit side waveguide portion is high in the waveguide portion and low in other portions as shown in the upper part of the figure.

【0060】図5(C)は、出射側の2つの導波路のう
ち、一方の導波路WGbのみをオンとし、他方の導波路
WGcはオフ状態とした場合を示す。入射側導波路WG
aから入射した光は、導波路WGbに導かれ、出射す
る。
FIG. 5C shows a case where only one of the two waveguides on the output side is turned on and the other waveguide WGc is turned off. Incident side waveguide WG
The light incident from a is guided to the waveguide WGb and emitted.

【0061】出射側導波路WGcの右側では、領域WG
cが実効的に導波路を形成しないように屈折率がほぼ均
一にされている。したがって、右側の導波路部分に入射
した光は、拡散し、実効的に出射側導波路に伝達されな
い。
On the right side of the exit side waveguide WGc, the region WG
The refractive index is made substantially uniform so that c does not effectively form a waveguide. Therefore, the light incident on the right waveguide portion is diffused and is not effectively transmitted to the emission side waveguide.

【0062】図5(D)は、導波路WGbの左側の屈折
率を均等として導波機能をオフとし、他方の導波路WG
cをオンとした状態を示す。この状態においては、入射
側導波路WGaから入射した光は、右側の出射側導波路
WGcのみに伝達される。
In FIG. 5D, the waveguide function is turned off by setting the refractive index on the left side of the waveguide WGb to be equal, and the other waveguide WGb.
The state which turned on c is shown. In this state, the light incident from the incident side waveguide WGa is transmitted only to the right side emission side waveguide WGc.

【0063】図6は、図5に示すような光スイッチの出
射側導波路部分を構成する光スイッチ導波路を示す。図
において、FeドープのInP等で形成された半絶縁性
基板11の上に、ノンドープのi型InP等で形成され
た下側クラッド層13が形成され、その上に多重量子井
戸構造MQWが形成されている。
FIG. 6 shows an optical switch waveguide which constitutes the output side waveguide portion of the optical switch as shown in FIG. In the figure, a lower cladding layer 13 formed of non-doped i-type InP or the like is formed on a semi-insulating substrate 11 formed of Fe-doped InP or the like, and a multiple quantum well structure MQW is formed thereon. Has been done.

【0064】多重量子井戸構造MQWは、たとえば厚さ
約100ÅのIn1-x Gax Asy1-y (x=0.4
38、y=0.940)と厚さ約100ÅのInPを交
互に20周期積層したもので形成される。この場合、I
nPが半導体バリア層、InGaAsPが半導体ウェル
層を構成する。下側クラッド層、上側クラッド層は共
に、たとえば厚さ約1000ÅのInP層で形成する。
The multi-quantum well structure MQW has, for example, an In 1-x Ga x As y P 1-y (x = 0.4) thickness of about 100 Å.
38, y = 0.940) and InP having a thickness of about 100Å are alternately laminated for 20 cycles. In this case, I
nP forms a semiconductor barrier layer, and InGaAsP forms a semiconductor well layer. Both the lower clad layer and the upper clad layer are formed of, for example, an InP layer having a thickness of about 1000Å.

【0065】このような構成の場合、エキシトン吸収波
長は約1.526μmとなり、1.54μm付近に屈折
率のピークが発生する。エキシトンを消滅させた場合、
1.54μm付近の屈折率ピークは消滅する。
In the case of such a structure, the exciton absorption wavelength is about 1.526 μm, and a peak of the refractive index occurs near 1.54 μm. If you make the excitons disappear,
The refractive index peak near 1.54 μm disappears.

【0066】i型領域の幅を約2μmとすると、エキシ
トンを消滅させるためには、約2V以上の電圧を加えれ
ばよい。i型領域の幅をさらに減少させれば、動作電圧
をさらに低下させることも可能である。
If the width of the i-type region is set to about 2 μm, a voltage of about 2 V or more may be applied to eliminate the excitons. The operating voltage can be further reduced by further reducing the width of the i-type region.

【0067】多重量子井戸構造MQWの上には、i型I
nP等で形成された上側クラッド層15が積層されてい
る。導波路を形成すべきストライプ状領域に選択的にS
n、Si等のn型不純物、Zn等のp型不純物がドープ
され、n型領域n1、p型領域p1が形成されている。
An i-type I is formed on the MQW multi-quantum well structure.
An upper clad layer 15 made of nP or the like is laminated. Selectively S in the stripe region where the waveguide is to be formed.
N-type impurities such as n and Si and p-type impurities such as Zn are doped to form n-type regions n1 and p-type regions p1.

【0068】また、n型領域n1に隣接するi型領域i
3を挟んで他のp型領域p2が形成され、p型領域p1
に隣接するi型領域i2を挟んで他のn型領域n2が形
成されている。これらの積層構造の上に、InGaAs
等で形成されたコンタクト層16が形成され、ドープ領
域上を除いて選択エッチングで除去されている。
The i-type region i adjacent to the n-type region n1
3, another p-type region p2 is formed, and the p-type region p1 is formed.
Another n-type region n2 is formed sandwiching the i-type region i2 adjacent to. On top of these laminated structures, InGaAs
The contact layer 16 formed by the above method is formed, and is removed by selective etching except on the doped region.

【0069】コンタクト層16の上には、p型領域上に
はp側電極18が、n型領域上にはn側電極19が形成
されている。p側電極はたとえはTi/Ptで形成さ
れ、n側電極はたとえばAuGe/Auで形成されてい
る。このようにして、ラテラルpinダイオード構造D
1、D2、D3が形成されている。
On the contact layer 16, a p-side electrode 18 is formed on the p-type region and an n-side electrode 19 is formed on the n-type region. The p-side electrode is made of, for example, Ti / Pt, and the n-side electrode is made of, for example, AuGe / Au. In this way, the lateral pin diode structure D
1, D2, D3 are formed.

【0070】ラテラルpinダイオード構造D3の電極
18、19間には、逆バイアス電圧源V3と変調器M3
が直列に接続されている。pinラテラルダイオード構
造D1のp側電極18とn側電極19の間には、逆バイ
アス電圧源V1が接続されている。また、ラテラルpi
nダイオード構造D2のp側電極18とn側電極19の
間には、逆バイアス電圧源V2と変調器M2が接続され
ている。
A reverse bias voltage source V3 and a modulator M3 are provided between the electrodes 18 and 19 of the lateral pin diode structure D3.
Are connected in series. A reverse bias voltage source V1 is connected between the p-side electrode 18 and the n-side electrode 19 of the pin lateral diode structure D1. Also, the lateral pi
A reverse bias voltage source V2 and a modulator M2 are connected between the p-side electrode 18 and the n-side electrode 19 of the n-diode structure D2.

【0071】この状態では、中央に配置されたラテラル
pinダイオード構造D1は常に逆バイアスされ、その
i型領域i1の屈折率は低下する。また、両側に配置さ
れたラテラルpinダイオード構造D2、D3には、変
調器M2、M3の電圧によって変化する逆バイアス電圧
が印加される。
In this state, the lateral pin diode structure D1 arranged at the center is always reverse-biased, and the refractive index of its i-type region i1 is lowered. Further, a reverse bias voltage that changes according to the voltages of the modulators M2 and M3 is applied to the lateral pin diode structures D2 and D3 arranged on both sides.

【0072】逆バイアス電圧が実質的に0であれば、i
型領域i2、i3は、隣接するp型領域およびn型領域
とほぼ同等な屈折率を有するが、逆バイアス電圧が深く
なると、i型領域i2、i3の屈折率は低下する。
If the reverse bias voltage is substantially zero, then i
The mold regions i2 and i3 have almost the same refractive index as the adjacent p-type region and n-type region, but the deeper the reverse bias voltage, the lower the refractive index of the i-type regions i2 and i3.

【0073】ラテラルpinダイオード構造D1、D
2、D3が全て十分逆バイアスされると、i型領域i
1、i2、i3の屈折率は十分低くなり、p型領域p
1、n型領域n1は、導波路として機能する。
Lateral pin diode structure D1, D
When 2 and D3 are all sufficiently reverse biased, the i-type region i
The refractive indices of 1, i2, and i3 are sufficiently low, and the p-type region p
The 1, n-type region n1 functions as a waveguide.

【0074】ラテラルpinダイオード構造D2の逆バ
イアス電圧が浅くなると、i型領域i2の屈折率はその
両側の領域の屈折率と近くなり、p型領域p1の導波路
構造は消滅する。
When the reverse bias voltage of the lateral pin diode structure D2 becomes shallow, the refractive index of the i-type region i2 becomes close to the refractive index of the regions on both sides thereof, and the waveguide structure of the p-type region p1 disappears.

【0075】同様に、ラテラルpinダイオード構造D
3の逆バイアス電圧が浅くなると、i型領域i3の屈折
率は上昇し、n型領域n1の導波路構造は消滅する。こ
のようにして、図5(C)、(D)に示すようなスイッ
チング可能な導波路が構成される。
Similarly, a lateral pin diode structure D
When the reverse bias voltage of 3 becomes shallower, the refractive index of the i-type region i3 increases and the waveguide structure of the n-type region n1 disappears. In this way, a switchable waveguide as shown in FIGS. 5C and 5D is constructed.

【0076】図6に示すような光スイッチ導波路の製造
方法を、図7〜図9を参照して説明する。まず、図7
(A)に示すように、InP基板11の上に、MOCV
D、MOVPE等の結晶成長方法を用いて下側クラッド
層13、多重量子井戸構造MQW、上側クラッド層15
をエピタキシャルに成長する。
A method of manufacturing the optical switch waveguide as shown in FIG. 6 will be described with reference to FIGS. First, FIG.
As shown in (A), MOCV is formed on the InP substrate 11.
The lower clad layer 13, the multiple quantum well structure MQW, the upper clad layer 15 is formed by using a crystal growth method such as D or MOVPE.
To grow epitaxially.

【0077】次に、図7(B)に示すように、半導体基
板の表面上にパターニングされたホトレジストマスク1
7aを形成する。なお、領域R1、R2、R3は、図5
(A)に示す領域R1、R2、R3に対応する。
Next, as shown in FIG. 7B, a photoresist mask 1 patterned on the surface of the semiconductor substrate.
7a is formed. The regions R1, R2, and R3 are shown in FIG.
It corresponds to the regions R1, R2, and R3 shown in (A).

【0078】図7(B)に示すようなホトレジストマス
クをエッチングマスクとし、選択エッチングを行なう。
図7(C)は、選択エッチングされた半導体基板の断面
を示す。
Selective etching is performed by using a photoresist mask as shown in FIG. 7B as an etching mask.
FIG. 7C shows a cross section of the semiconductor substrate which is selectively etched.

【0079】次に、図8(A)に示すようなホトレジス
トマスク17bを形成し、p型不純物イオンのイオン注
入を行なう。次に、図8(B)に示すようなホトレジス
トマスク17cを形成し、n型不純物イオンのイオン注
入を行なう。
Then, a photoresist mask 17b as shown in FIG. 8A is formed, and p-type impurity ions are implanted. Next, a photoresist mask 17c as shown in FIG. 8B is formed, and ion implantation of n-type impurity ions is performed.

【0080】このようにして、p型不純物イオンおよび
n型不純物イオンを選択注入された半導体基板は、図8
(C)に示すような構造を有するようになる。図9は、
イオン注入後の半導体基板構造を上から見た図である。
半導体基板11の上に、選択的に下側クラッド層、多重
量子井戸構造、上側クラッド層が形成されている。
The semiconductor substrate into which the p-type impurity ions and the n-type impurity ions are selectively implanted in this manner is shown in FIG.
It has a structure as shown in FIG. Figure 9
It is the figure which looked at the semiconductor substrate structure after ion implantation from above.
A lower clad layer, a multiple quantum well structure, and an upper clad layer are selectively formed on the semiconductor substrate 11.

【0081】図中上部には、n型領域n1、n2、p型
領域p1、p2がi型領域i1、i2、i3を挟んで形
成されている。図中、中央部および下方には、リッジ状
に形成された導波路WGa、WGb、WGcが形成され
ている。
In the upper part of the figure, n-type regions n1 and n2 and p-type regions p1 and p2 are formed with the i-type regions i1, i2 and i3 sandwiched therebetween. In the drawing, waveguides WGa, WGb, and WGc formed in a ridge shape are formed in the central portion and below.

【0082】このような構成により、図5に示すような
光スイッチが形成される。導波路WGaに入射した光
は、2つの導波路WGb、WGcに分岐され、それぞれ
n型領域n1、p型領域p1に結合されている。
With such a structure, an optical switch as shown in FIG. 5 is formed. The light incident on the waveguide WGa is branched into two waveguides WGb and WGc, which are respectively coupled to the n-type region n1 and the p-type region p1.

【0083】i型領域i1には、常に逆バイアス電圧が
印加され、その屈折率は低い。しかし、n型領域n1を
挟んだ逆側のi型領域i3は逆バイアス電圧の大きさに
よりその屈折率を変化させる。同様、p型領域p1の逆
側のi型領域i2もその逆バイアス電圧によって屈折率
を変化させる。
A reverse bias voltage is always applied to the i-type region i1 and its refractive index is low. However, the i-type region i3 on the opposite side of the n-type region n1 changes its refractive index depending on the magnitude of the reverse bias voltage. Similarly, the refractive index of the i-type region i2 on the opposite side of the p-type region p1 is changed by the reverse bias voltage.

【0084】i型領域i3の屈折率が十分低ければ、n
型領域n1は導波路を形成する。同様、i型領域i2の
屈折率が十分低ければ、p型領域p1は導波路を形成す
る。変調器Mによって逆バイアス電圧Vを制御すること
により、i型領域i2、i3の屈折率を変化させ、導波
路機能を制御することができる。
If the refractive index of the i-type region i3 is sufficiently low, n
The mold region n1 forms a waveguide. Similarly, if the refractive index of the i-type region i2 is sufficiently low, the p-type region p1 forms a waveguide. By controlling the reverse bias voltage V by the modulator M, the refractive index of the i-type regions i2 and i3 can be changed and the waveguide function can be controlled.

【0085】図6〜図9の構成においては、クラッド層
に挟まれた多重量子井戸構造をリッジ状に整形すること
により、スイッチング機能を有さない入射側導波路を形
成している。
In the structures of FIGS. 6 to 9, the incident side waveguide having no switching function is formed by shaping the multiple quantum well structure sandwiched by the cladding layers into a ridge shape.

【0086】図10は、傾斜面を利用して導波路構造を
形成する構成例を示す。図10(A)においては、半絶
縁性基板11の上の下側クラッド層13の表面が凹状に
エッチングされている。したがって、下側クラッド層1
3の上に形成した多重量子井戸構造MQW、上側クラッ
ド層15も下地表面にならって凹状表面を形成してい
る。図中、中央部の低くなった部分で考えると、多重量
子井戸構造MQWの両側には屈折率の低い下側クラッド
層13が配置されている。
FIG. 10 shows an example of a structure in which a waveguide structure is formed by using an inclined surface. In FIG. 10A, the surface of the lower clad layer 13 on the semi-insulating substrate 11 is etched in a concave shape. Therefore, the lower cladding layer 1
The multi-quantum well structure MQW and the upper clad layer 15 formed on the third layer also form a concave surface following the underlying surface. Considering the lower part of the central part in the figure, the lower clad layer 13 having a low refractive index is arranged on both sides of the multiple quantum well structure MQW.

【0087】したがって、凹状底部の多重量子井戸構造
は、その下側を下側クラッド層13、上側を上側クラッ
ド層15で挟まれると共に、その両側を実効的に下側ク
ラッド層13によって挟まれている。このため、底部の
多重量子井戸構造MQWは導波路を形成している。この
構成が、たとえば入射側光導波路WGaとして用いられ
る。
Therefore, in the concave bottom multiple quantum well structure, the lower side is sandwiched by the lower clad layer 13, the upper side is sandwiched by the upper clad layer 15, and both sides thereof are effectively sandwiched by the lower clad layer 13. There is. For this reason, the multiple quantum well structure MQW at the bottom forms a waveguide. This configuration is used, for example, as the incident side optical waveguide WGa.

【0088】図10(B)では、図10(A)に示すよ
うな凹状積層構造が2か所形成されている。これら2か
所の凹部の底に配置された多重量子井戸構造が、それぞ
れ導波路構造WGb、WGcを構成し、入射側光導波路
WGaに接続された2つの分岐導波路を構成する。
In FIG. 10B, two concave laminated structures as shown in FIG. 10A are formed. The multiple quantum well structures arranged at the bottoms of these two recesses respectively form waveguide structures WGb and WGc, and two branch waveguides connected to the incident side optical waveguide WGa.

【0089】図10(C)は、図10(A)、(B)に
示すような傾斜面を利用した導波路構造を形成するため
のエッチングマスクの平面形状を示す。半絶縁性基板1
1の上に、下側クラッド層13を成長した後、図10
(C)に示すようなホトレジストマスク17dを形成す
る。
FIG. 10C shows a plan shape of an etching mask for forming a waveguide structure using the inclined surface as shown in FIGS. 10A and 10B. Semi-insulating substrate 1
1 after growing the lower cladding layer 13 on top of FIG.
A photoresist mask 17d as shown in (C) is formed.

【0090】このホトレジストマスク17dをエッチン
グマスクとし、下側クラッド層13をエッチングするこ
とにより、図10(A)、(B)に示すような凹状スト
ライプ領域を有する下側クラッド層13表面を得ること
ができる。その上に多重量子井戸構造、上側クラッド層
15を形成すれば、図10(A)、(B)に示すような
導波路が形成される。
Using the photoresist mask 17d as an etching mask, the lower clad layer 13 is etched to obtain the surface of the lower clad layer 13 having the concave stripe regions as shown in FIGS. 10 (A) and 10 (B). You can If the multiple quantum well structure and the upper clad layer 15 are formed thereon, a waveguide as shown in FIGS. 10A and 10B is formed.

【0091】光スイッチ導波路は、図10(C)に示す
エッチングされた領域R3の上に形成されるため、図1
0(B)に示すような2つの光導波路WGb、WGcに
光学的に接続されることになる。
Since the optical switch waveguide is formed on the etched region R3 shown in FIG. 10C, the optical switch waveguide shown in FIG.
It is optically connected to the two optical waveguides WGb and WGc as shown in 0 (B).

【0092】傾斜面を利用した導波路構造は、凹状表面
のみでなく、凸状表面によって形成することもできる。
図11は、凸状表面を用いた傾斜面利用導波路構造の例
を示す。
The waveguide structure using the inclined surface can be formed not only by the concave surface but also by the convex surface.
FIG. 11 shows an example of a waveguide structure using an inclined surface using a convex surface.

【0093】図11(A)において、下側クラッド層1
3は凸状表面を有する。この上に形成された多重量子井
戸構造MQWおよび上側クラッド層15は下地表面にな
らった凸状形状を示す。
In FIG. 11A, the lower clad layer 1
3 has a convex surface. The multiple quantum well structure MQW and the upper clad layer 15 formed thereon have a convex shape that follows the underlying surface.

【0094】凸状形状の頂部においては、多重量子井戸
構造MQWは、下側を下側クラッド層13、上側を上側
クラッド層15で挟まれると共に、その両側を実効的に
上側クラッド層15によって挟まれている。したがっ
て、凸状形状頂部に配置された多重量子井戸構造MQW
は上下方向および左右方向に画定された光導波路WGa
を形成する。
At the top of the convex shape, the multiple quantum well structure MQW is sandwiched on the lower side by the lower cladding layer 13 and on the upper side by the upper cladding layer 15, and both sides thereof are effectively sandwiched by the upper cladding layer 15. Has been. Therefore, the multi-quantum well structure MQW arranged on the top of the convex shape
Is an optical waveguide WGa defined in the vertical and horizontal directions
To form.

【0095】図11(B)は、図11(A)に示す導波
路が2つ形成された構成を示す。2つの凸状形状の頂部
において、多重量子井戸構造MQWは2つの光導波路W
Gb、WGcを形成する。
FIG. 11B shows a structure in which two waveguides shown in FIG. 11A are formed. At the top of the two convex shapes, the multi-quantum well structure MQW has two optical waveguides W.
Gb and WGc are formed.

【0096】光学的機能に関しては、図11(A)、
(B)に示す導波路は図10(A)、(B)に示す導波
路とほぼ同等である。図11(C)は、図11(A)、
(B)に示すような導波路構造を形成するためのエッチ
ングマスクの形状を示す。
Regarding the optical function, FIG.
The waveguide shown in FIG. 10B is almost the same as the waveguide shown in FIGS. FIG. 11C shows FIG.
The shape of the etching mask for forming the waveguide structure as shown in FIG.

【0097】図に示すように、半絶縁性基板11の上に
下側クラッド層13をエピタキシャルに成長した後、そ
の表面にホトレジストマスク17eを形成する。このホ
トレジストマスク17eをエッチングマスクとし、下側
クラッド層13を選択的にエッチングすると、図11
(A)、(B)に示すような凹状ストライプを形成した
下側クラッド層13表面が形成される。
As shown in the figure, after the lower clad layer 13 is epitaxially grown on the semi-insulating substrate 11, a photoresist mask 17e is formed on the surface thereof. When the lower clad layer 13 is selectively etched using this photoresist mask 17e as an etching mask, FIG.
The surface of the lower clad layer 13 having the concave stripes as shown in (A) and (B) is formed.

【0098】なお、本構成においては、光スイッチ導波
路領域R3はエッチングされておらず、図11(A)、
(B)に示す凹部の頂上と同一レベルとなる。したがっ
て、領域R3に形成される光スイッチ導波路は、図11
(B)に示す2つの光導波路WGb、WGcに光学的に
接続される。
In this structure, the optical switch waveguide region R3 is not etched, and as shown in FIG.
It is at the same level as the top of the recess shown in (B). Therefore, the optical switch waveguide formed in the region R3 has the structure shown in FIG.
It is optically connected to the two optical waveguides WGb and WGc shown in FIG.

【0099】以上説明した実施例においては、光スイッ
チ導波路の中央に配置されたi型領域i1には、固定逆
バイアス電圧が印加されてその屈折率を低下させてい
た。この中央部の低屈折領域の形成は、逆バイアス電圧
の印加以外によっても実現することができる。
In the embodiment described above, the fixed reverse bias voltage is applied to the i-type region i1 arranged at the center of the optical switch waveguide to lower its refractive index. The formation of the low refraction region in the central portion can be realized by other than applying the reverse bias voltage.

【0100】図12は、傾斜面を利用して光スイッチの
中央領域を低屈折領域とする構成を示す。本構成におい
ては、光スイッチ領域の中央部のi型領域i1の部分に
凹状表面が形成されている。
FIG. 12 shows a structure in which the central region of the optical switch is made into a low refractive region by utilizing the inclined surface. In this configuration, a concave surface is formed in the i-type region i1 at the center of the optical switch region.

【0101】したがって、n型領域n1の右側部分、p
型領域p1の左側部分は、図11に示す凸部を利用した
光導波路と同様、低屈折領域で画定されている。したが
って、MQWのレベルにおいて、i型領域i1は逆バイ
アス電圧を印加するまでもなく、その実効屈折率が低く
保たれている。その他の構成は、図6に示す光スイッチ
導波路と同様である。
Therefore, p on the right side of the n-type region n1,
The left side portion of the mold region p1 is defined by a low-refractive-index region similarly to the optical waveguide using the convex portion shown in FIG. Therefore, at the MQW level, the effective refractive index of the i-type region i1 is kept low without applying the reverse bias voltage. Other configurations are similar to those of the optical switch waveguide shown in FIG.

【0102】図12に示すような傾斜面利用光スイッチ
導波路を採用する場合、固定導波路部分も傾斜面を利用
したものとすることが便利である。図13は、固定導波
路部分を傾斜面を利用して形成した構成を示す。図13
(A)、(B)は、それぞれ図11(A)、(B)に示
す構成と同様である。半導体基板11上の下側クラッド
層13表面に形成された凸状ストライプの頂部に、光導
波路WGa、WGb、WGcが形成され、これらの光導
波路は、図12に示すn型領域n1、p型領域p1に接
続される。
When the optical switch waveguide utilizing the inclined surface as shown in FIG. 12 is adopted, it is convenient to use the inclined surface also for the fixed waveguide portion. FIG. 13 shows a structure in which the fixed waveguide portion is formed by using an inclined surface. FIG.
11A and 11B are similar to the configurations shown in FIGS. 11A and 11B, respectively. Optical waveguides WGa, WGb, WGc are formed on the tops of the convex stripes formed on the surface of the lower clad layer 13 on the semiconductor substrate 11, and these optical waveguides have n-type regions n1 and p-type shown in FIG. It is connected to the region p1.

【0103】図14は、図12、図13に示すような構
造を作成するための製造方法を説明する概略図である。
図14(A)は、下側クラッド層上に形成するエッチン
グマスクを示す。半絶縁性基板11上に、下側クラッド
層13をエピタキシャル成長した後、図14(A)に示
すようなホトレジストマスク17fを形成する。
FIG. 14 is a schematic view for explaining a manufacturing method for producing the structure shown in FIGS. 12 and 13.
FIG. 14A shows an etching mask formed over the lower clad layer. After the lower clad layer 13 is epitaxially grown on the semi-insulating substrate 11, a photoresist mask 17f as shown in FIG. 14A is formed.

【0104】ホトレジストマスク17fは、領域R1、
R2の部分においては、光導波路に相当する領域を覆
い、光スイッチ導波路の領域R3においては、中央部に
開口が形成されている。
The photoresist mask 17f has a region R1,
An area corresponding to the optical waveguide is covered in the portion R2, and an opening is formed in the central portion in the area R3 of the optical switch waveguide.

【0105】このようなホトレジストマスクをエッチン
グマスクとし、下側クラッド層をエッチングすることに
より、図11、図13に示すような凹凸形状が表面に形
成される。その後、ホトレジストマスク17fを除去
し、表面上に多重量子井戸構造MQW、上側クラッド層
15を形成し、図14(B)に示すようにイオン注入を
行なう。
By using the photoresist mask as an etching mask and etching the lower clad layer, an uneven shape as shown in FIGS. 11 and 13 is formed on the surface. After that, the photoresist mask 17f is removed, the multiple quantum well structure MQW and the upper clad layer 15 are formed on the surface, and ion implantation is performed as shown in FIG. 14B.

【0106】すなわち、領域R3で示した光スイッチ部
にp型不純物イオン、n型不純物イオンをドープし、p
型領域p1、p2、n型領域n1、n2を形成する。n
型領域n1によって導波路WGbを構成し、p型領域p
1によって導波路WGcを構成する。その後、領域R3
のp型領域、n型領域にそれぞれ電極を形成すれば、半
導体光スイッチが形成される。
That is, the optical switch portion shown in the region R3 is doped with p-type impurity ions and n-type impurity ions, and p
The mold regions p1 and p2 and the n-type regions n1 and n2 are formed. n
The waveguide WGb is constituted by the p-type region n1 and the p-type region p
1 forms the waveguide WGc. Then region R3
A semiconductor optical switch is formed by forming electrodes in the p-type region and the n-type region, respectively.

【0107】図15、図16は、図12〜図14に示す
実施例と凹凸を反転させた構成の実施例を示す。図15
(A)に示すように、入射側導波路WGaは、半導体基
板の凹部底面に形成され、導波路WGaから分岐した2
つの導波路WGb、WGcは、図15(B)に示すよう
に、半導体基板表面の2つの凹部ストライプ底面に形成
される。
FIGS. 15 and 16 show an embodiment having a structure in which the unevenness is reversed from the embodiment shown in FIGS. 12 to 14. Figure 15
As shown in (A), the incident-side waveguide WGa is formed on the bottom surface of the concave portion of the semiconductor substrate and branched from the waveguide WGa.
The two waveguides WGb and WGc are formed on the bottom surfaces of the two concave stripes on the surface of the semiconductor substrate, as shown in FIG.

【0108】固定導波路をこのように形成した場合、光
スイッチ部は図15(C)に示すような構成とすること
が便利である。すなわち、光スイッチ部中央部に凸部が
形成され、両側の低い部分にp型領域p1、p2、n型
領域n1、n2が形成される。
When the fixed waveguide is formed in this way, it is convenient for the optical switch section to have a structure as shown in FIG. That is, the convex portion is formed in the central portion of the optical switch portion, and the p-type regions p1 and p2 and the n-type regions n1 and n2 are formed in the lower portions on both sides.

【0109】p型領域p2とn型領域n1の間に、逆バ
イアス電圧源V3と変調器M3が接続され、p型領域p
1とn型領域n2の間に、逆バイアス電圧源V2と変調
器M2が接続されている。
The reverse bias voltage source V3 and the modulator M3 are connected between the p-type region p2 and the n-type region n1, and the p-type region p
A reverse bias voltage source V2 and a modulator M2 are connected between 1 and the n-type region n2.

【0110】n型領域n1の右側部分、p型領域p1の
左側部分は、それぞれ下側クラッド層13が持ち上がっ
た形状となっているため、その実効屈折率が低くなって
いる。したがって、中央部のi型領域i1に逆バイアス
電圧を印加しなくてもこの領域の実効屈折率は低く保た
れる。
The right side portion of the n-type region n1 and the left side portion of the p-type region p1 each have a shape in which the lower clad layer 13 is lifted up, so that the effective refractive index thereof is low. Therefore, even if the reverse bias voltage is not applied to the central i-type region i1, the effective refractive index of this region is kept low.

【0111】図15に示すような光スイッチは、たとえ
ば図16に示すような製造方法によって作成することが
できる。図16(A)は、エッチングマスクの形状を示
す。半導体基板上に下側クラッド層をエピタキシャルに
成長した後、図16(A)に示すようなホトレジストマ
スク17gを形成する。ホトレジストマスク17gは、
下側部分においては、両側領域を覆い、上側部分におい
ては中央領域を覆っている。
The optical switch as shown in FIG. 15 can be manufactured, for example, by the manufacturing method as shown in FIG. FIG. 16A shows the shape of the etching mask. After epitaxially growing the lower clad layer on the semiconductor substrate, a photoresist mask 17g as shown in FIG. 16A is formed. The photoresist mask 17g is
The lower part covers both side regions and the upper part covers the central region.

【0112】このようなホトレジストマスク17gをエ
ッチングマスクとして下側クラッド層をエッチングする
ことにより、領域R1、R2においては、光導波路部分
のみがエッチングされ、領域R3においては、中央のス
トライプ領域を除く両側部分がエッチングされる。この
ようにして、図15に示すような下側クラッド層13の
凹凸パターンが形成される。
By etching the lower cladding layer using such a photoresist mask 17g as an etching mask, only the optical waveguide portion is etched in the regions R1 and R2, and both sides except the central stripe region are etched in the region R3. The part is etched. In this way, the concavo-convex pattern of the lower clad layer 13 as shown in FIG. 15 is formed.

【0113】下側クラッド層の選択的エッチングの後、
多重量子井戸構造、上側クラッド層をエピタキシャルに
成長し、その後、図16(B)に示すような選択的イオ
ン注入を行なう。p型不純物イオン、n型不純物イオン
のイオン注入により、p型領域p1、p2、n型領域n
1、n2を形成する。このようにして、図15に示すよ
うな光スイッチが形成される。
After selective etching of the lower cladding layer,
A multiple quantum well structure and an upper clad layer are grown epitaxially, and then selective ion implantation as shown in FIG. 16B is performed. By implanting p-type impurity ions and n-type impurity ions, p-type regions p1 and p2, and n-type region n
1 and n2 are formed. In this way, the optical switch as shown in FIG. 15 is formed.

【0114】図17は、他の実施例による光半導体装置
を示す。図17(A)は、半導体基板を上から見た上面
図である。半導体基板20の上面には、下側クラッド
層、多重量子井戸構造、上側クラッド層が成長され、図
17(A)に示すようなパターンに選択エッチングされ
ている。
FIG. 17 shows an optical semiconductor device according to another embodiment. FIG. 17A is a top view of the semiconductor substrate seen from above. A lower clad layer, a multiple quantum well structure, and an upper clad layer are grown on the upper surface of the semiconductor substrate 20, and are selectively etched in a pattern as shown in FIG.

【0115】すなわち、図中最も下側において、1つの
導波路22が形成され、その上に矩形領域23が形成さ
れている。矩形領域23の上には、分岐する導波路24
a、24bが形成され、その上に他の矩形領域26が形
成されている。
That is, one waveguide 22 is formed on the lowermost side in the figure, and a rectangular region 23 is formed on it. On the rectangular area 23, a branching waveguide 24 is provided.
a and 24b are formed, and another rectangular area 26 is formed thereon.

【0116】図中最上部には、2つの光導波路28a、
28bが形成されている。2つの矩形領域23、26に
おいては、p型領域p1、p2、p3、n型領域n1、
n2、n3、n4が選択的に形成されている。p型領域
p3は導波路22と導波路24の間に配置され、その両
側をi型領域i4、i5を介してn型領域n3とn4に
よって挟まれている。
At the top of the figure, two optical waveguides 28a,
28b is formed. In the two rectangular regions 23 and 26, p-type regions p1, p2, p3, n-type region n1 and
n2, n3, and n4 are selectively formed. The p-type region p3 is arranged between the waveguide 22 and the waveguide 24, and both sides thereof are sandwiched by n-type regions n3 and n4 via i-type regions i4 and i5.

【0117】また、上側矩形領域26においては、上下
に配置された光導波路24、28の間に、n型領域n1
とp型領域p1が配置され、その両側にi型領域i3、
i2を介してp型領域p2とn型領域n2が形成されて
いる。
In the upper rectangular region 26, the n-type region n1 is provided between the optical waveguides 24 and 28 arranged vertically.
And a p-type region p1 are arranged, and i-type region i3,
A p-type region p2 and an n-type region n2 are formed via i2.

【0118】下側の矩形領域23は、図2(A)に示す
ような構造と同等な構成であり、矩形領域26は、図2
(C)に示すような構造と同等な構成である。図17
(B)は、図17(A)に示すような構造を作成するた
めのホトレジストパターンの例を示す。
The lower rectangular area 23 has the same structure as the structure shown in FIG. 2A, and the rectangular area 26 is shown in FIG.
The structure is equivalent to the structure shown in FIG. FIG. 17
17B shows an example of a photoresist pattern for forming the structure shown in FIG.

【0119】半導体基板上に下側クラッド層、多重量子
井戸構造、上側クラッド層を成長した後、図7(B)に
示すようなホトレジストパターン17hを形成し、上側
クラッド層、多重量子井戸構造、下側クラッド層を選択
的エッチングすることにより、図17(A)に示すよう
なリッジパターンを得る。その後、p型不純物、n型不
純物の選択ドーピングを行なうことにより、図17
(A)に示すような構成を得ることができる。
After growing a lower clad layer, a multiple quantum well structure and an upper clad layer on a semiconductor substrate, a photoresist pattern 17h as shown in FIG. 7B is formed to form an upper clad layer, a multiple quantum well structure, By selectively etching the lower clad layer, a ridge pattern as shown in FIG. 17A is obtained. After that, selective doping of p-type impurities and n-type impurities is performed, and
The configuration as shown in (A) can be obtained.

【0120】各pinラテラルダイオード構造に逆バイ
アス電圧を印加することにより、i型領域の屈折率を低
下させれば、p型領域p1、p3、n型領域n1は、導
波路構造を形成する。
When the reverse bias voltage is applied to each pin lateral diode structure to lower the refractive index of the i-type region, the p-type regions p1, p3 and n-type region n1 form a waveguide structure.

【0121】なお、以上説明した実施例における上下ク
ラッド層で挟まれた多重量子井戸構造は、半導体レーザ
における多重量子井戸構造と同等な構成である。このた
め、同一半導体基板上に半導体レーザと上述の光学素子
を集積化することが容易に行なえる。
The multiple quantum well structure sandwiched between the upper and lower cladding layers in the above-described embodiment has the same structure as the multiple quantum well structure in the semiconductor laser. Therefore, the semiconductor laser and the above-mentioned optical element can be easily integrated on the same semiconductor substrate.

【0122】さらに、半導体レーザ等と光スイッチ部品
等をパターニングのみによって結合することができるた
め、光軸合わせの必要がなくなる。また、多重量子井戸
構造の組成や層厚を変化させることにより、使用波長帯
を偏向することができる。たとえば、0.9μm帯用に
GaAs/AlGaAsの多重量子井戸構造を用いるこ
とや、1.5μm帯用にInP/InAlAs多重量子
井戸構造を用いること等ができる。
Further, since the semiconductor laser and the like and the optical switch component and the like can be coupled only by patterning, there is no need to align the optical axes. Further, the wavelength band used can be deflected by changing the composition and layer thickness of the multiple quantum well structure. For example, a GaAs / AlGaAs multiple quantum well structure can be used for the 0.9 μm band, and an InP / InAlAs multiple quantum well structure can be used for the 1.5 μm band.

【0123】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者
に自明であろう。
The present invention has been described above with reference to the embodiments.
The present invention is not limited to these. For example,
It will be apparent to those skilled in the art that various changes, improvements, combinations and the like can be made.

【0124】[0124]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
多重量子井戸構造を用いた新規な光半導体装置が得られ
る。
As described above, according to the present invention,
A novel optical semiconductor device using a multiple quantum well structure can be obtained.

【0125】ラテラル構造の光学素子が半導体基板上に
集積化できるため、光集積回路の形成に寄与するところ
が大きい。
Since the optical element having the lateral structure can be integrated on the semiconductor substrate, it greatly contributes to the formation of an optical integrated circuit.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例による基本構成を示す。図1
(A)は概略断面図、図1(B)は屈折率のスペクト
ル、図1(C)はエキシトンの消滅を説明するための概
念図、図1(D)、(E)は、屈折率分布を示すグラフ
である。
FIG. 1 shows a basic configuration according to an embodiment of the present invention. Figure 1
1A is a schematic sectional view, FIG. 1B is a refractive index spectrum, FIG. 1C is a conceptual diagram for explaining exciton disappearance, and FIGS. 1D and 1E are refractive index distributions. It is a graph which shows.

【図2】本発明の実施例による他の基本構成を示す。図
2(A)は構造を示す断面図、図2(B)は屈折率分布
を示すグラフ、図2(C)は構造を示す断面図、図2
(D)は屈折率分布を示すグラフである。
FIG. 2 shows another basic configuration according to an embodiment of the present invention. 2A is a cross-sectional view showing the structure, FIG. 2B is a graph showing the refractive index distribution, and FIG. 2C is a cross-sectional view showing the structure.
(D) is a graph showing a refractive index distribution.

【図3】従来例を示す。図3(A)は光半導体装置の概
略断面図、図3(B)は屈折率分布を示すグラフであ
る。
FIG. 3 shows a conventional example. FIG. 3A is a schematic sectional view of the optical semiconductor device, and FIG. 3B is a graph showing the refractive index distribution.

【図4】本発明の実施例による光半導体装置を示す平面
図である。
FIG. 4 is a plan view showing an optical semiconductor device according to an example of the present invention.

【図5】本発明の実施例によって作成する光スイッチの
基本構成およびその機能を示す概念図である。
FIG. 5 is a conceptual diagram showing a basic configuration and functions of an optical switch created according to an example of the present invention.

【図6】本発明の実施例による光スイッチ導波路の構成
を示す断面図である。
FIG. 6 is a sectional view showing a configuration of an optical switch waveguide according to an embodiment of the present invention.

【図7】図6に示す光スイッチ導波路の製造方法を説明
するための図である。図7(A)は半導体構造の断面
図、図7(B)はホトレジストマスクの形状を示す平面
図、図7(C)は半導体構造の断面図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining a manufacturing method of the optical switch waveguide shown in FIG. 7A is a sectional view of the semiconductor structure, FIG. 7B is a plan view showing the shape of the photoresist mask, and FIG. 7C is a sectional view of the semiconductor structure.

【図8】図6に示す光スイッチ導波路の製造方法を説明
するための図である。図8(A)、(B)はイオン注入
に用いるマスクの形状を示す平面図、図8(C)はイオ
ン注入領域の形状を示す断面図である。
FIG. 8 is a diagram for explaining a manufacturing method of the optical switch waveguide shown in FIG. 8A and 8B are plan views showing the shape of a mask used for ion implantation, and FIG. 8C is a sectional view showing the shape of an ion implantation region.

【図9】図8の工程によってイオン注入された半導体基
板の平面図である。
9 is a plan view of a semiconductor substrate that has been ion-implanted by the process of FIG.

【図10】本発明の他の実施例による傾斜面利用導波路
構造を説明するための図である。図10(A)、(B)
は、導波路部分の断面図、図10(C)はエッチングマ
スクの形状を示す平面図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating a waveguide structure using inclined surfaces according to another embodiment of the present invention. 10 (A), (B)
Is a cross-sectional view of the waveguide portion, and FIG. 10C is a plan view showing the shape of the etching mask.

【図11】本発明の他の実施例による傾斜面利用導波路
構造を説明するための図である。図11(A)、(B)
は、導波路部分の断面図、図11(C)はエッチングマ
スクの形状を示す平面図である。
FIG. 11 is a diagram illustrating a waveguide structure using inclined surfaces according to another embodiment of the present invention. 11 (A), (B)
11C is a cross-sectional view of the waveguide portion, and FIG. 11C is a plan view showing the shape of the etching mask.

【図12】本発明の他の実施例による傾斜面利用光スイ
ッチ導波路の構成を示す断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a structure of an optical switch waveguide using a tilted surface according to another embodiment of the present invention.

【図13】図12に示す傾斜面利用光スイッチ導波路と
組み合わせて用いる光導波路部分の断面図である。
13 is a cross-sectional view of an optical waveguide portion used in combination with the inclined surface utilizing optical switch waveguide shown in FIG.

【図14】図12、図13に示す光半導体装置の製造方
法を説明するための図である。図14(A)はエッチン
グマスクの形状を示す平面図、図14(B)はイオン注
入領域を示す断面図である。
14 is a diagram for explaining a manufacturing method of the optical semiconductor device shown in FIGS. 12 and 13. FIG. 14A is a plan view showing the shape of the etching mask, and FIG. 14B is a sectional view showing the ion implantation region.

【図15】本発明の他の実施例による傾斜面利用光スイ
ッチの構成を示す断面図である。
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a structure of an optical switch using an inclined surface according to another embodiment of the present invention.

【図16】図15の構成を製造するための製造方法を説
明するための図である。図16(A)はエッチングマス
クの形状を示す平面図、図16(B)はイオン注入領域
を示す断面図である。
16 is a diagram for explaining a manufacturing method for manufacturing the configuration of FIG. 15. FIG. 16A is a plan view showing the shape of an etching mask, and FIG. 16B is a cross-sectional view showing an ion implantation region.

【図17】本発明の他の実施例を示す平面図である。FIG. 17 is a plan view showing another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

B 半導体バリア層 W 半導体ウェル層 MQW 多重量子井戸構造 V 逆バイアス電圧源 SW スイッチ EX エキシトン n n型領域 p p型領域 WG 導波路 L 光 D ダイオード M 変調器 1、11 半絶縁性基板 13、15 クラッド層 17 ホトレジストマスク B semiconductor barrier layer W semiconductor well layer MQW multiple quantum well structure V reverse bias voltage source SW switch EX exciton n n-type region p p-type region WG waveguide L optical D diode M modulator 1, 11 semi-insulating substrate 13, 15 Clad layer 17 Photoresist mask

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 相対的に広いバンドギャップを有する高
抵抗率の半導体バリア層(B)と相対的に狭いバンドギ
ャップを有する高抵抗率の半導体ウェル層(W)とを交
互に積層した多重量子井戸構造(MQW)と、 前記多重量子井戸構造(MQW)内に膜厚方向に画定さ
れた第1高抵抗率領域(i)を挟んで平面上で対向して
前記多重量子井戸構造内に形成された第1導電型の第1
の低抵抗率領域および第2導電型の第2の低抵抗率領域
(p、n)と、 前記第1および第2の低抵抗率領域間に逆バイアス電圧
を印加することのできる手段とを有する光半導体装置。
1. A multiple quantum device in which a high-resistivity semiconductor barrier layer (B) having a relatively wide bandgap and a high-resistivity semiconductor well layer (W) having a relatively narrow bandgap are alternately laminated. A well structure (MQW) and a multiple quantum well structure (MQW) formed in the multiple quantum well structure so as to face each other on a plane with a first high resistivity region (i) defined in the film thickness direction interposed therebetween. First of the first conductivity type
And a second conductivity type second low resistivity region (p, n), and means for applying a reverse bias voltage between the first and second low resistivity regions. Optical semiconductor device having.
【請求項2】 さらに、前記第1低抵抗率領域を挟んで
前記第1高抵抗領域と対向するように前記多重量子井戸
構造内に画定された第2高抵抗率領域と、 前記第2高抵抗率領域を挟んで前記第1低抵抗率領域と
対向するように前記多重井戸構造内に形成された第3低
抵抗率領域とを有する請求項1記載の光半導体装置。
2. A second high resistivity region defined in the multiple quantum well structure so as to face the first high resistance region with the first low resistivity region interposed therebetween, and the second high resistivity region. The optical semiconductor device according to claim 1, further comprising a third low resistivity region formed in the multi-well structure so as to face the first low resistivity region with a resistivity region interposed therebetween.
【請求項3】 前記第3低抵抗率領域は第2導電型を有
し、さらに前記第1および第3の低抵抗率領域間に逆バ
イアス電圧を印加することのできる手段を有する請求項
2記載の光半導体装置。
3. The third low-resistivity region has a second conductivity type, and further comprises means capable of applying a reverse bias voltage between the first and third low-resistivity regions. The optical semiconductor device described.
【請求項4】 さらに、前記第2低抵抗率領域を挟んで
前記第1高抵抗率領域と対向するように、前記多重量子
井戸構造内に画定された第3高抵抗率領域と、 前記第3高抵抗率領域を挟んで前記第2低抵抗率領域と
対向するように前記多重量子井戸構造内に形成された第
4低抵抗率領域とを有する請求項1〜3のいずれかに記
載の光半導体装置。
4. A third high resistivity region defined in the multiple quantum well structure so as to face the first high resistivity region with the second low resistivity region sandwiched between the third high resistivity region and the third high resistivity region. 3. A fourth low resistivity region formed in the multiple quantum well structure so as to face the second low resistivity region with a high resistivity region interposed therebetween. Optical semiconductor device.
【請求項5】 前記第4低抵抗率領域は第1導電型を有
し、さらに前記第2および第4低抵抗率領域間に逆バイ
アス電圧を印加することのできる手段を有する請求項4
記載の光半導体装置。
5. The fourth low resistivity region has a first conductivity type and further comprises means capable of applying a reverse bias voltage between the second and fourth low resistivity regions.
The optical semiconductor device described.
【請求項6】 相対的に広いバンドギャップを有する高
抵抗率の半導体バリア層(B)と相対的に狭いバンドギ
ャップを有する高抵抗率の半導体ウェル層(W)とを交
互に積層した多重量子井戸構造(MQW)と、 前記多重量子井戸構造(MQW)内に膜厚方向に画定さ
れた第1高抵抗率領域(i)を挟んで平面上で対向して
前記多重量子井戸構造内に形成された第1導電型の第1
の低抵抗率領域および第2導電型の第2の低抵抗率領域
(p、n)と、 前記第1低抵抗率領域を挟んで前記第1高抵抗領域と対
向するように前記多重量子井戸構造内に画定された第2
高抵抗率領域と、 前記第2高抵抗率領域を挟んで前記第1低抵抗率領域と
対向するように前記多重井戸構造内に形成された第2導
電型の第3低抵抗率領域と、 前記第2低抵抗率領域を挟んで前記第1高抵抗率領域と
対向するように、前記多重量子井戸構造内に画定された
第3高抵抗率領域と、 前記第3高抵抗率領域を挟んで前記第2低抵抗率領域と
対向するように前記多重量子井戸構造内に形成された第
1導電型の第4低抵抗率領域と、 前記第1および第3の低抵抗率領域の間、および前記第
2および第4の低抵抗率領域の間に逆バイアス電圧を印
加することのできる手段とを有する光半導体装置。
6. A multi-quantum layer in which a high-resistivity semiconductor barrier layer (B) having a relatively wide bandgap and a high-resistivity semiconductor well layer (W) having a relatively narrow bandgap are alternately stacked. A well structure (MQW) and a multiple quantum well structure (MQW) formed in the multiple quantum well structure so as to face each other on a plane with a first high resistivity region (i) defined in the film thickness direction interposed therebetween. First of the first conductivity type
Low-resistivity region and second low-resistivity region (p, n) of the second conductivity type, and the multi-quantum well so as to face the first high-resistivity region with the first low-resistivity region interposed therebetween. Second defined within the structure
A high resistivity region; and a second conductivity type third low resistivity region formed in the multiple well structure so as to face the first low resistivity region with the second high resistivity region sandwiched therebetween. A third high-resistivity region defined in the multiple quantum well structure and sandwiching the third high-resistivity region so as to face the first high-resistivity region with the second low-resistivity region interposed therebetween. A fourth low-resistivity region of the first conductivity type formed in the multiple quantum well structure so as to face the second low-resistivity region, and between the first and third low-resistivity regions, And a means capable of applying a reverse bias voltage between the second and fourth low resistivity regions.
【請求項7】 さらに、前記多重量子井戸構造(MQ
W)を用いて形成され、前記第1および第2の低抵抗率
領域に光学的に結合された入射光導波路と、多重量子井
戸構造(MQW)の上下に配置された光クラッド層(1
3、15)を有している請求項4〜6のいずれかに記載
の光半導体装置。
7. The multiple quantum well structure (MQ)
W) and optically coupled to the first and second low resistivity regions, and optical cladding layers (1) disposed above and below the multiple quantum well structure (MQW).
The optical semiconductor device according to any one of claims 4 to 6, further comprising:
【請求項8】 半導体下地上に相対的に広いバンドギャ
ップを有する高抵抗率の半導体バリア層(B)と相対的
に狭いバンドギャップを有する高抵抗率の半導体ウェル
層(W)とを交互に積層した多重量子井戸構造(MQ
W)をエピタキシャルに成長する工程と、 前記多重量子井戸構造(MQW)に不純物をドープし、
少なくとも1つのラテラルpin構造を形成する工程と
を含む光半導体装置の製造方法。
8. A high-resistivity semiconductor barrier layer (B) having a relatively wide bandgap and a high-resistivity semiconductor well layer (W) having a relatively narrow bandgap are alternately formed on a semiconductor base. Stacked multiple quantum well structure (MQ
W) epitaxially growing, and doping the multiple quantum well structure (MQW) with impurities,
And a step of forming at least one lateral pin structure.
【請求項9】 前記多重量子井戸構造のエピタキシャル
成長工程の前に、半絶縁性半導体基板の上に前記多重量
子井戸構造の実効屈折率よりも低い屈折率を有する第1
半導体クラッド層をエピタキシャル成長する工程と、 前記多重量子井戸構造のエピタキシャル成長工程の後
に、前記多重量子井戸構造の上にその実効屈折率よりも
低い屈折率を有する第2半導体クラッド層をエピタキシ
ャル成長する工程とを含む請求項8記載の光半導体装置
の製造方法。
9. A first layer having a refractive index lower than an effective refractive index of the multiple quantum well structure on the semi-insulating semiconductor substrate before the epitaxial growth step of the multiple quantum well structure.
A step of epitaxially growing a semiconductor clad layer, and a step of epitaxially growing a second semiconductor clad layer having a refractive index lower than its effective refractive index on the multiple quantum well structure after the step of epitaxially growing the multiple quantum well structure. 9. A method for manufacturing an optical semiconductor device according to claim 8, which includes.
【請求項10】 前記第1半導体クラッド層をエピタキ
シャル成長する工程の後に、前記第1半導体クラッド層
を部分的に選択エッチングして、所定領域に凸状もしく
は凹状の表面を形成する工程を含む請求項8ないし9記
載の光半導体装置の製造方法。
10. A step of forming a convex or concave surface in a predetermined region by partially selectively etching the first semiconductor clad layer after the step of epitaxially growing the first semiconductor clad layer. 8. The method for manufacturing an optical semiconductor device according to 8 to 9.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024120638A1 (en) * 2022-12-08 2024-06-13 Ams-Osram International Gmbh Optoelectronic device and method for manufacturing

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