(57)【要約】　　　（修正有）【課題】スイッチング動作を効率よく行うための電流狭窄構造を容易に形成可能な光スイッチ及びその製造方法を実現する。【解決手段】キャリア注入による屈折率変化により光信号の伝送経路を切り換える光スイッチにおいて、半導体基板と、この半導体基板上に形成された第１のコンタクト層と、この第１のコンタクト層上に形成されたクラッド層と、このクラッド層上に形成された光導波路層と、この光導波路層上の一部に形成された第２のコンタクト層と、第１及び第２のコンタクト層上に形成された第１及び第２の電極と、光導波路層上に形成された絶縁膜とを備え、第１の電極の下以外であって光導波路層からクラッド層に至るまでの領域に高抵抗領域ＰＲ３１，ＰＲ３２を形成する。【選択図】　　　　　　　　　　図２
2004029172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリア注入による屈折率変化により光信号の伝送経路を切り換える光スイッチにおいて、
半導体基板と、
この半導体基板上に形成された第１のコンタクト層と、
この第１のコンタクト層上に形成されたクラッド層と、
このクラッド層上に形成された光導波路層と、
この光導波路層上の一部に形成された第２のコンタクト層と、
前記第１及び第２のコンタクト層上に形成された第１及び第２の電極と、
前記光導波路層上に形成された絶縁膜とを備え、
前記第１の電極の下以外であって前記光導波路層から前記クラッド層に至るまでの領域に高抵抗領域を形成したことを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
ＧａＡｓ系の半導体材料で形成されたことを特徴とする
請求項１記載の光スイッチ。
【請求項３】
ＩｎＰ系の半導体材料で形成されたことを特徴とする
請求項１記載の光スイッチ。
【請求項４】
キャリア注入による屈折率変化により光信号の伝送経路を切り換える光スイッチの製造方法であって、
半導体基板上に第１のコンタクト層を形成する工程と、
前記第１のコンタクト層上にクラッド層及び光導波路層を順次形成する工程と、
前記光導波路層上の一部に第２のコンタクト層を形成する工程と、
前記第２のコンタクト層下以外であって前記光導波路層から前記クラッド層に至るまでの領域にプロトン注入を行う工程と、
前記光導波路層上に絶縁膜を形成する工程と、
前記第１及び第２のコンタクト層上に第１及び第２の電極を形成する工程とから成ることを特徴とする光スイッチの製造方法。
【請求項５】
前記第２のコンタクト層上にマスクを形成した後プロトン注入を行うことを特徴とする
請求項４記載の光スイッチの製造方法。
【請求項６】
前記第２のコンタクト層上に前記第２の電極を形成した後プロトン注入を行うことを特徴とする
請求項４記載の光スイッチの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、キャリア注入による屈折率変化により光信号の伝送経路を切り換える光スイッチに関し、特にスイッチング動作を効率よく行うための電流狭窄構造を容易に形成可能な光スイッチ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在の通信ネットワークであるＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）やＷＡＮ（ＷｉｄｅＡｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒ）等では、通常電気信号をもって情報を伝送する通信方式となっている。
【０００３】
光信号をもって情報を伝送する通信方法は大量のデータを伝送する基幹ネットワークやその他一部のネットワークで用いられているだけである。また、これらのネットワークは”ｐｏｉｎｔ　ｔｏ　ｐｏｉｎｔ”の通信であり、”フォトニックネットワーク”と言える通信網までは発達していないのが現状である。
【０００４】
このような”フォトニックネットワーク”を実現するためには、電気信号の送信先を切り換えるルータやスイッチングハブ等といった装置と同様の機能を有する”光ルータ”や”光スイッチングハブ”等が必要になる。
【０００５】
また、このような装置では高速に伝送経路を切り換える光スイッチが必要になり、ニオブ酸リチウムやＰＬＺＴ（Ｌｅａｄ　Ｌａｎｔｈａｎｕｍ　Ｚｉｒｃｏｎａｔｅ　Ｔｉｔａｎａｔｅ）等の強誘電体を用いたものや、半導体に光路導波路を形成し半導体中にキャリアを注入して屈折率を変化させ光信号の伝送経路を切り換えるものが存在する。
【０００６】
「Ｋ．Ｉｓｈｉｄａ，　Ｈ．Ｎａｋａｍｕｒａ，　Ｈ．ｍａｔｓｕｍｕｒａ，　Ｔ．Ｋａｄｏｉ，　Ｈ．Ｉｎｏｕｅ：ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｓｗｉｔｃｈｅｓ　ｕｓｉｎｇ　ｃａｒｒｉｅｒ　ｉｎｄｕｃｅｄ　ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ　ｉｎｄｅｘ　ｃｈａｎｇｅ：Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ　５０（３），　１９　Ｊａｎｕａｒｙ　１９８７，　ｐ１４１−ｐ１４２」には、後者の光スイッチの一例が記載されている。
【０００７】
図３及び図４は上記文献に記載されている従来の光スイッチの一例を示す平面図及び断面図であり、図３において１は半導体の基板、２は”Ｘ字状”の光導波路、３は電極である。基板１上には”Ｘ字状”の光導波路２が形成され、”Ｘ字状”の光導波路２の交差部分には電極３が形成される。
【０００８】
一方、図４は図３中”Ａ−Ａ’”における断面図であり、４及び１０は電極、５はｎ型のＩｎＰ基板、６は光導波路層、７はクラッド層であるｎ型のＩｎＰ層、８はキャップ層であるＩｎＧａＡｓＰ層、９はＳｉＯ２　等の酸化膜である。
【０００９】
ＩｎＰ基板５上であって図４中”ＤＲ１１”及び”ＤＲ１２”に示す部分にはｐ型不純物であるＺｎが拡散され、その後、ＩｎＰ基板５上には光導波路層６，ＩｎＰ層７及びＩｎＧａＡｓＰ層８が順次形成される。
【００１０】
また、図４中”ＤＲ１３”に示す部分にはｐ型不純物であるＺｎが拡散され、図４中”ＤＲ１３”に示す拡散領域以外の部分には酸化膜９が形成され、酸化膜９及び図４中”ＤＲ１３”に示す拡散領域上には電極１０が形成され、ＩｎＰ基板５の裏面には電極４が形成される。また、図４中”ＩＲ１１”は屈折率が変化する領域である。
【００１１】
ここで、図３に示す従来例の動作を図４を参照しながら説明する。光スイッチが”ＯＦＦ”の場合、電極３及び図示しない基板１裏面の電極（図４中の電極４に相当する。）には電流が供給されない。
【００１２】
このため、”Ｘ字状”の光導波路２の交差部分の屈折率の変化は生じないため、例えば、図３中”ＰＩ０１”から入射した光信号は交差部分を直進して図３中”ＰＯ０１”に示す部分から出射される。
【００１３】
一方、光スイッチが”ＯＮ”の場合、電極３及び図示しない基板１裏面の電極（図４中の電極４に相当する。）に電流が供給され前記交差部分にキャリア（電子、正孔）が注入される。
【００１４】
このため、プラズマ効果によって”Ｘ字状”の光導波路２の交差部分の屈折率が低くなるように変化するため、例えば、図３中”ＰＩ０１”から入射した光信号は交差部分に生じた低屈折率部分で全反射されて図３中”ＰＯ０２”に示す部分から出射される。
【００１５】
この結果、電極に電流を供給して”Ｘ字状”の光導波路２の交差部分にキャリア（電子、正孔）を注入して交差部分の屈折率を制御することにより、光信号の出射される位置を制御、言い換えれば、光信号の伝播経路を切り換えることが可能になる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図３及び図４に示す従来例では、低屈折率部分での全反射、言い換えれば、スイッチング動作を効率よく行うため低屈折率部分が水平方向に広がらないようにするためｐｎ接合を利用して電流を閉じ込める構造にしている。
【００１７】
すなわち、図４中”ＤＲ１１”及び”ＤＲ１２”に示す拡散領域にｐ型不純物であるＺｎを拡散して、電流が図４中”ＡＰ１１”に示す開口しか流れられない構造（電流狭窄構造）にすることによって電流の閉じ込めを行っている。
【００１８】
このような構造は半導体レーザ等で用いられる構造であるものの作製には多数回のエピタキシャル成長の工程が必要になり、プロセスが煩雑化し、歩留まりの低下し、コストアップの要因となってしまうと言った問題点があった。
従って本発明が解決しようとする課題は、スイッチング動作を効率よく行うための電流狭窄構造を容易に形成可能な光スイッチ及びその製造方法を実現することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
キャリア注入による屈折率変化により光信号の伝送経路を切り換える光スイッチにおいて、
半導体基板と、この半導体基板上に形成された第１のコンタクト層と、この第１のコンタクト層上に形成されたクラッド層と、このクラッド層上に形成された光導波路層と、この光導波路層上の一部に形成された第２のコンタクト層と、前記第１及び第２のコンタクト層上に形成された第１及び第２の電極と、前記光導波路層上に形成された絶縁膜とを備え、前記第１の電極の下以外であって前記光導波路層から前記クラッド層に至るまでの領域に高抵抗領域を形成したことにより、スイッチング動作を効率よく行うための電流狭窄構造を容易に形成することが可能になる。
【００２０】
請求項２記載の発明は、
請求項１記載の発明である光スイッチにおいて、
ＧａＡｓ系の半導体材料で形成されたことにより、スイッチング動作を効率よく行うための電流狭窄構造を容易に形成することが可能になる。
【００２１】
請求項３記載の発明は、
請求項１記載の発明である光スイッチにおいて、
ＩｎＰ系の半導体材料で形成されたことにより、スイッチング動作を効率よく行うための電流狭窄構造を容易に形成することが可能になる。
【００２２】
請求項４記載の発明は、
キャリア注入による屈折率変化により光信号の伝送経路を切り換える光スイッチの製造方法であって、
半導体基板上に第１のコンタクト層を形成する工程と、前記第１のコンタクト層上にクラッド層及び光導波路層を順次形成する工程と、前記光導波路層上の一部に第２のコンタクト層を形成する工程と、前記第２のコンタクト層下以外であって前記光導波路層から前記クラッド層に至るまでの領域にプロトン注入を行う工程と、前記光導波路層上に絶縁膜を形成する工程と、前記第１及び第２のコンタクト層上に第１及び第２の電極を形成する工程とから成ることにより、スイッチング動作を効率よく行うための電流狭窄構造を容易に形成することが可能になる。
【００２３】
請求項５記載の発明は、
請求項４記載の発明である光スイッチの製造方法において、
前記第２のコンタクト層上にマスクを形成した後プロトン注入を行うことにより、スイッチング動作を効率よく行うための電流狭窄構造を容易に形成することが可能になる。
【００２４】
請求項６記載の発明は、
請求項４記載の発明である光スイッチの製造方法において、
前記第２のコンタクト層上に前記第２の電極を形成した後プロトン注入を行うことにより、スイッチング動作を効率よく行うための電流狭窄構造を容易に形成することが可能になる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１及び図２は本発明に係る光スイッチの一実施例を示す平面図及び断面図である。
【００２６】
図１において１及び２は図３と同一符号を付してあり、１１及び１２は電極である。基板１上には”Ｘ字状”の光導波路２が形成され、”Ｘ字状”の光導波路２の交差部分には電極１１が形成され、また、電極１１の近傍には電極１２が形成される。
【００２７】
一方、図２は図１中”Ｂ−Ｂ’”における断面図であり、１１及び１２は図１と同一符号を付してあり、１３はＧａＡｓ系やＩｎＰ系等の半導体の基板、１４はＧａＡｓやＩｎＰ等で形成されたｐ型のコンタクト層、１５はＡｌＧａＡｓやＩｎＰ等で形成されたクラッド層、１６はＧａＡｓやＩｎＧａＡｓＰ等で形成された光導波路層、１７はＧａＡｓやＩｎＧａＡｓ等で形成されたｎ型のコンタクト層、１８はＳｉＯ２　等の絶縁膜である。
【００２８】
基板１３上にはコンタクト層１４が形成され、コンタクト層１４上の一部にはクラッド層１５及び光導波路層１６が順次形成され、光導波路層１６上の一部には拡散若しくはイオン注入によってコンタクト層１７が形成される。
【００２９】
コンタクト層１７の下以外の光導波路層１６からクラッド層１５に至るまでの領域にプロトンを注入する。例えば、図２中”ＰＲ３１”及び”ＰＲ３２”に示す領域にプロトンを注入する。そして、このようなプロトンの注入がなされた領域は高抵抗領域となる。
【００３０】
そして、コンタクト層１７上及びクラッド層１５が形成されていないコンタクト層１４上の一部以外の全面に絶縁膜１８を形成し、コンタクト層１７上に電極１１を、絶縁膜１８が形成されていないコンタクト層１４上に電極１２をそれぞれ形成する。
【００３１】
ここで、図１及び図２に示す実施例の動作を説明する。光スイッチが”ＯＦＦ”の場合、電極１１及び電極１２には電流が供給されない。
【００３２】
このため、”Ｘ字状”の光導波路２の交差部分の屈折率の変化は生じないため、例えば、図１中”ＰＩ２１”から入射した光信号は交差部分を直進して図１中”ＰＯ２１”に示す部分から出射される。
【００３３】
一方、光スイッチが”ＯＮ”の場合、電極１１及び電極１２に電流が供給され前記交差部分にキャリア（電子、正孔）が注入される。
【００３４】
このため、プラズマ効果によって”Ｘ字状”の光導波路２の交差部分の屈折率が低くなるように変化するため、例えば、図１中”ＰＩ２１”から入射した光信号は交差部分に生じた低屈折率部分で全反射されて図１中”ＰＯ２２”に示す部分から出射される。
【００３５】
このとき、流れる電流は図２中”ＰＲ３１”及び”ＰＲ３２”に示す領域が高抵抗の領域となっているため、図２中”ＣＣ３１”に示す部分に集中、言い換えれば、電流が閉じ込められることになる。すなわち、図２中”ＣＣ３１”、”ＰＲ３１”及び”ＰＲ３２”に示す領域は電流狭窄構造となっている。
【００３６】
この結果、電流を供給する電極１１の下以外の光導波路層１６からクラッド層１５に至るまでの領域をプロトン注入によって高抵抗領域することにより、スイッチング動作を効率よく行うための電流狭窄構造を容易に形成可能になる。
【００３７】
また、電流狭窄構造をプロトン注入で形成することにより、エピタキシャル成長を複数回行うと言った複雑なプロセスを必要としないため、歩留まりが向上し、低コスト化を図ることが可能になる。
【００３８】
なお、図２の説明に際してはコンタクト層１７の下以外の光導波路層１６からクラッド層１５までの領域にプロトンを注入する旨記載しているが、この場合、コンタクト層１７上に別途マスクを施した後プロトン注入を行っても、先に電極１１を形成して当該電極１１をマスクとしてプロトン注入を行っても構わない。
【００３９】
また、光スイッチを形成する半導体材料としてはＧａＡｓ系若しくはＩｎＰ系の半導体材料を用いることが可能である。
【００４０】
また、図２の説明に際しては、伝播する光信号を閉じ込めるためクラッド層１５や光導波路層１６を台形状に形成しているが、必須の構成ではない。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
請求項１，２，３，４，５及び請求項６の発明によれば、電流を供給する電極の下以外の光導波路層からコンタクト層に至るまでの領域をプロトン注入によって高抵抗領域することにより、スイッチング動作を効率よく行うための電流狭窄構造を容易に形成可能になる。
【００４２】
また、電流狭窄構造をプロトン注入で形成することにより、エピタキシャル成長を複数回行うと言った複雑なプロセスを必要としないため、歩留まりが向上し、低コスト化を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光スイッチの一実施例を示す平面図である。
【図２】本発明に係る光スイッチの一実施例を示す断面図である。
【図３】従来の光スイッチの一例を示す平面図である。
【図４】従来の光スイッチの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１，１３　基板
２　光導波路
３　電極
４，１０，１１，１２　電極
５　ＩｎＰ基板
６，１６　光導波路層
７　ＩｎＰ層
８　ＩｎＧａＡｓＰ層
９，１８　酸化膜
１４，１７　コンタクト層
１５　クラッド層
【図１】
2004029172.tif 000003
【図２】
2004029172.tif 000004
【図３】
2004029172.tif 000005
【図４】
2004029172.tif 000006