(57)【要約】【課題】  構造が簡単で製作が容易な電流狭窄構造を有する光導波路型の光スイッチをを実現することにある。【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下部のクラッド層と、この下部のクラッド層上であって光信号が一方から入射され途中で２つに分岐して出射される光導波路が形成された光導波路層と、この光導波路層上形成され光導波路の周囲がエッチング加工された上部のクラッド層と、この上部のクラッド層上でエッチング加工がされていない部分に形成されたコンタクト層と、上部のクラッド層及びコンタクト層上の一部以外に形成された酸化膜と、コンタクト層上の一部に形成された第１の電極と、基板の裏面に形成された第２の電極とを備え、下部のクラッド層であって第１の電極の直下以外の部分に電流狭窄のための不純物拡散領域を設ける。【選択図】                    図１
2005025086.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下部のクラッド層と、
この下部のクラッド層上であって前記光信号が一方から入射され途中で２つに分岐して出射される光導波路が形成された光導波路層と、
この光導波路層上形成され前記光導波路の周囲がエッチング加工された上部のクラッド層と、
この上部のクラッド層上でエッチング加工がされていない部分に形成されたコンタクト層と、
前記上部のクラッド層及び前記コンタクト層上の一部以外に形成された酸化膜と、
前記コンタクト層上の前記一部に形成された第１の電極と、
前記基板の裏面に形成された第２の電極とを備え、
前記下部のクラッド層であって前記第１の電極の直下以外の部分に電流狭窄のための不純物拡散領域が形成されたことを特徴とする
光スイッチ。
【請求項２】
前記下部のクラッド層であって、
分岐部分の前記光導波路の幅方向の一部の領域を残して電流狭窄のための前記不純物拡散領域が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】
前記上部のクラッド層であって、
前記第１の電極の直下の部分に第２の不純物拡散領域が形成されたことを特徴とする
請求項１若しくは請求項２記載の光スイッチ。
【請求項４】
前記光導波路が、
スラブ型の光導波路であることを特徴とする
請求項１若しくは請求項２記載の光スイッチ。
【請求項５】
前記光導波路層が、
２本の直線の光導波路が交差した光導波路を有することを特徴とする
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光スイッチ。
【請求項６】
前記光導波路層が、
１本の直線の光導波路の途中から異なる角度で分岐する光導波路を有することを特徴とする
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光スイッチ。
【請求項７】
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、
半導体基板上に下部のクラッド層を結晶成長させる工程と、
この下部のクラッド層に不純物を選択拡散して不純物拡散領域を形成する工程と、
前記下部のクラッド層上に光導波路層、上部のクラッド層を順次結晶成長させる工程と、
この上部のクラッド層に不純物を選択拡散して不純物拡散領域を形成する工程と、
前記上部のクラッド層上にコンタクト層を形成する工程と、
前記コンタクト層から前記上部のクラッド層の途中までエッチング加工を行いスラブ型光導波路を構成する工程と、
前記コンタクト層上及び前記上部のクラッド層上であって前記コンタクト層の一部を残して酸化膜を形成する工程と、
前記コンタクト層の一部に第１の電極を形成する工程と、
前記半導体基板の裏面に第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８】
前記光導波路層に、
２本の直線の光導波路が交差した光導波路を形成することを特徴とする
請求項７記載の光スイッチの製造方法。
【請求項９】
前記光導波路層に、
１本の直線の光導波路の途中から異なる角度で分岐する光導波路を形成することを特徴とする
請求項７記載の光スイッチの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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、特に屈折率が変化する電流注入領域を狭窄して効率を改善した構造が容易な光スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の通信ネットワークであるＬＡＮ（Local Area Network）やＷＡＮ（Wide Area Network）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】
さらに、最近では平面ガラス光導波路上に集積したヒーターで発熱させ、当該ヒーターが形成され部分の屈折率を変化させることにより、スイッチング動作を行わせるものもある。
【０００７】
そして、従来の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光スイッチに関連する先行技術文献としては次のようなものがある。
【０００８】
【特許文献１】特開平０５−２４９５０８号公報
【特許文献２】特開平０６−０５９２９４号公報
【特許文献３】特開平０６−０６２４５０号公報
【特許文献４】特開平０６−１３０２３６号公報
【特許文献５】特開平０６−２８９３３９号公報
【特許文献６】特開平０８−０８２８１０号公報
【非特許文献１】Baujun Li, Guozheng Li, Enke Liu, Zuimin Jiang, Chengwen Pei and Xun Wang, Appl. Phys. Lett., pp.1-3, 75(1999)
【非特許文献２】Baujun Li, and Soo-Jin Chua, IEEE Photon. Tech. Lett. pp.206-208, 13(2001)
【非特許文献３】Hiroaki Inoue, Hitoshi Nakamura, Kenichi Morosawa, Yoshimitsu Sasaki, Toshio Katsuyama, and Naoki Chinone, IEEE Journal on Selected Area in Communications, pp.1262-1266, 6(1988)
【非特許文献４】K. Ishida, H. Nakamura, H. Matsumura, T. Kadi, and  H. Inoue, Appl. Phys. Lett., pp.141-142, 19(1987)
【０００９】
図５及び図６はこのような”非特許文献１”に記載された従来の光スイッチの一例を示す平面図及び断面図である。図５において１は基板、２は”Ｘ字状”の光導波路を有する光導波路層、３及び４はキャリアを注入するための１対の電極である。
【００１０】
図５において光導波路層２上には”Ｘ字状”の光導波路が形成され、”Ｘ字状”の光導波路の交差部分には長方形状の電極３が形成される。また、”Ｘ字状”の光導波路の交差部分の近傍であって電極３に並行して長方形状の電極４が形成される。
【００１１】
一方、図６は図５中”Ａ−Ａ’”における断面図であり、図６において５はｐ型のＳｉ等の基板、６はｐ型のＳｉＧｅ等の光導波路層、７及び８はコンタクト層、９及び１０は電極、１１はＳＩＯ２ 等の絶縁膜である。
【００１２】
基板５上には光導波路層６が形成され、光導波路層６には”Ｘ字状”の光導波路が形成され、”Ｘ字状”の光導波路の交差部分及び”Ｘ字状”の光導波路の交差部分の近傍にはコンタクト層７及び８が形成される。
【００１３】
そして、当該コンタクト層７及び８の上以外には絶縁膜１１が形成され、コンタクト層７及び８の上には電極９及び１０が形成される。
【００１４】
ここで、図５及び図６に示す従来例の動作を説明する。光スイッチが”ＯＦＦ”の場合、電極３（電極９）及び電極４（電極１０）には電流が供給されない。
【００１５】
このため、図５に示す”Ｘ字状”の光導波路の交差部分の屈折率の変化は生じないため、例えば、図５中”ＰＩ０１”に示す入射端から入射した光信号は交差部分を直進して図５中”ＰＯ０１”に示す出射端から出射される。
【００１６】
一方、光スイッチが”ＯＮ”の場合、電極３（電極９）から電子が注入され、電極４（電極１０）からは正孔が注入され、このため、前記交差部分にはキャリア（電子、正孔）が注入される。
【００１７】
このため、プラズマ効果によって図５に示す”Ｘ字状”の光導波路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５中”ＰＩ０１”に示す入射端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５中”ＰＯ０２”に示す出射端から出射される。
【００１８】
この結果、電極に電流を供給して”Ｘ字状”の光導波路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。
【００１９】
但し、キャリア濃度による屈折率変化はプラズマ分散効果に基づいて生じることから、同じキャリア濃度の時には、キャリア（自由電子と自由正孔）の有効質量が小さい方が屈折率変化が大きくなる。
【００２０】
図７はこのような”非特許文献２”に記載されたキャリア（自由電子と自由正孔）の有効質量が小さい材料系を用いた従来の光スイッチの一例を示す断面図である。
【００２１】
図７において１２はＩｎＰ等の基板、１３はｎ型のＩｎＧａＡｓＰ等の光導波路層、１４はｎ型のＩｎＰ層、１５はｎ型のＩｎＧａＡｓＰ層、１６はＳｉＯ２ 等の絶縁膜、１７及び１８は電極である。
【００２２】
基板１２上には光導波路層１３、ＩｎＰ層１４及びＩｎＧａＡｓＰ層１５が順次形成され、光導波路層１３までエッチングすることによって”Ｘ字状”の光導波路が形成される。
【００２３】
図７中”ＤＲ１１”に示す部分にはｐ型不純物が拡散され、当該不純物拡散領域以外の部分は絶縁膜１１が形成される。そして、図７中”ＤＲ１１”に示す部分に接触するように電極１７が形成され、基板１２の裏面には電極１８が形成される。
【００２４】
図７に示す従来例においては、キャリア（自由電子と自由正孔）の有効質量が小さい材料系を用いることにより、より低い電流注入量（電流密度）で大きな屈折率変化が得られ、低電流駆動の光スイッチを実現することができる。
【００２５】
また、図８及び図９はこのような”非特許文献３”に記載された従来の光スイッチの一例を示す平面図及び断面図である。
【００２６】
図８において１９は半導体の基板、２０は”Ｘ字状”の光導波路、２１は電極である。基板１９上には”Ｘ字状”の光導波路２０が形成され、”Ｘ字状”の光導波路２０の交差部分には電極２１が形成される。
【００２７】
一方、図９は図８中”Ｂ−Ｂ’”における断面図であり、２２及び２８は電極、２３はＩｎＰ基板、２４は光導波路層、２５はクラッド層であるＩｎＰ層、２６はキャップ層であるＩｎＧａＡｓＰ層、２７はＳｉＯ２ 等の酸化膜である。
【００２８】
ＩｎＰ基板２３上であって図９中”ＤＲ３１”及び”ＤＲ３２”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２３上には光導波路層２４，ＩｎＰ層２５及びＩｎＧａＡｓＰ層２６が順次形成される。
【００２９】
また、図９中”ＤＲ３３”に示す部分にはｐ型不純物であるＺｎが拡散され、図９中”ＤＲ３３”に示す拡散領域以外の部分には酸化膜２７が形成され、酸化膜２７及び図９中”ＤＲ３３”に示す拡散領域上には電極２８が形成され、ＩｎＰ基板２３の裏面には電極２２が形成される。
【００３０】
ここで、図８及び図９に示す従来例の動作を説明する。光スイッチが”ＯＦＦ”の場合、電極２１及び図示しない基板１９裏面の電極（図９中の電極２２に相当する。）には電流が供給されない。
【００３１】
このため、”Ｘ字状”の光導波路２０の交差部分の屈折率の変化は生じないため、例えば、図８中”ＰＩ２１”から入射した光信号は交差部分を直進して図８中”ＰＯ２１”に示す部分から出射される。
【００３２】
一方、光スイッチが”ＯＮ”の場合、電極２１及び図示しない基板１９裏面の電極（図９中の電極２２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。
【００３３】
このため、プラズマ効果によって”Ｘ字状”の光導波路２０の交差部分の電極２１直下の屈折率が低くなるように変化するため、例えば、図８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８中”ＰＯ２２”に示す部分から出射される。
【００３４】
この結果、電極に電流を供給して”Ｘ字状”の光導波路２０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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３５】
しかし、図７に示す従来例では光導波路の形成の過程においてＩｎＧａＡｓＰ等の光導波路層１３の４元層までエッチング加工するために、組成の異なるＩｎＰ層１４とＩｎＧａＡｓＰ等の光導波路層１３をほぼ同じ加工精度でエッチング加工し、ＩｎＧａＡｓＰ等の光導波路層１３の途中でエッチング深さを制御する必要性がある。
【００３６】
このような加工はエッチングレートの組成依存性が大きい化学エッチングでは一般に困難であるため、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）やイオンビームエッチング等の加工方法と装置を使用しなければならないと言った問題点があった。
【００３７】
さらに、ＩｎＧａＡｓＰ等の光導波路層１３の途中までエッチングすることからエッチング深さも”１．５〜２μｍ”と深くなり、実際には、電極１７への配線層の断線等を防止するための平坦化等の構造も取り入れる必要性があると言った問題点があった。
【００３８】
一方、図８及び図９に示す従来例ではＩｎＰ基板２３及びＩｎＰ層２６に選択拡散により電流狭窄のための拡散領域を形成し、その後、深さ約１μｍ程度の選択エッチングを行ってから、光導波路層２４、ＩｎＰ層２５及びＩｎＧａＡｓＰ層２６を順次結晶成長させている。
【００３９】
この場合、選択エッチング加工した面への結晶成長には、加工測面と底面での面方位の差異による成長速度の違いや組成変動、加工表面や溝幅のラフネスの影響による結晶欠陥の発生や不均一性等の課題を克服しなければならないと言った問題点があった。
【００４０】
すなわち、従来例ではキャリア有効質量の小さい半導体材料を用い、電流狭窄構造を光導波路スイッチ部分に設けて特性の改善を図っているが、その製造プロセスには当該構造に起因する困難性があった。
従って本発明が解決しようとする課題は、構造が簡単で製作が容易な電流狭窄構造を有する光導波路型の光スイッチをを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００４１】
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下部のクラッド層と、この下部のクラッド層上であって前記光信号が一方から入射され途中で２つに分岐して出射される光導波路が形成された光導波路層と、この光導波路層上形成され前記光導波路の周囲がエッチング加工された上部のクラッド層と、この上部のクラッド層上でエッチング加工がされていない部分に形成されたコンタクト層と、前記上部のクラッド層及び前記コンタクト層上の一部以外に形成された酸化膜と、前記コンタクト層上の前記一部に形成された第１の電極と、前記基板の裏面に形成された第２の電極とを備え、前記下部のクラッド層であって前記第１の電極の直下以外の部分に電流狭窄のための不純物拡散領域が形成されたことにより、構造が簡単で製作が容易な電流狭窄構造を有することができる。
【００４２】
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、
前記下部のクラッド層であって、
分岐部分の前記光導波路の幅方向の一部の領域を残して電流狭窄のための前記不純物拡散領域が形成されたことにより、構造が簡単で製作が容易な電流狭窄構造を有することができる。
【００４３】
請求項３記載の発明は、
請求項１若しくは請求項２記載の発明である光スイッチにおいて、
前記上部のクラッド層であって、
前記第１の電極の直下の部分に第２の不純物拡散領域が形成されたことにより、構造が簡単で製作が容易な電流狭窄構造を有することができる。
【００４４】
請求項４記載の発明は、
請求項１若しくは請求項２記載の発明である光スイッチにおいて、
前記光導波路が、
スラブ型の光導波路であることにより、構造が簡単で製作が容易な電流狭窄構造を有することができる。
【００４５】
請求項５記載の発明は、
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発明である光スイッチにおいて、
前記光導波路層が、
２本の直線の光導波路が交差した光導波路を有することにより、構造が簡単で製作が容易な電流狭窄構造を有することができる。
【００４６】
請求項６記載の発明は、
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発明である光スイッチにおいて、
前記光導波路層が、
１本の直線の光導波路の途中から異なる角度で分岐する光導波路を有することにより、構造が簡単で製作が容易な電流狭窄構造を有することができる。
【００４７】
請求項７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、
半導体基板上に下部のクラッド層を結晶成長させる工程と、この下部のクラッド層に不純物を選択拡散して不純物拡散領域を形成する工程と、前記下部のクラッド層上に光導波路層、上部のクラッド層を順次結晶成長させる工程と、この上部のクラッド層に不純物を選択拡散して不純物拡散領域を形成する工程と、前記上部のクラッド層上にコンタクト層を形成する工程と、前記コンタクト層から前記上部のクラッド層の途中までエッチング加工を行いスラブ型光導波路を構成する工程と、前記コンタクト層上及び前記上部のクラッド層上であって前記コンタクト層の一部を残して酸化膜を形成する工程と、前記コンタクト層の一部に第１の電極を形成する工程と、前記半導体基板の裏面に第２の電極を形成する工程とから成ることにより、構造が簡単で製作が容易な電流狭窄構造を有することができる。
【００４８】
請求項８記載の発明は、
請求項７記載の発明である光スイッチの製造方法であって、
前記光導波路層に、
２本の直線の光導波路が交差した光導波路を形成することにより、構造が簡単で製作が容易な電流狭窄構造を有することができる。
【００４９】
請求項９記載の発明は、
請求項７記載の発明である光スイッチの製造方法であって、
前記光導波路層に、
１本の直線の光導波路の途中から異なる角度で分岐する光導波路を形成することにより、構造が簡単で製作が容易な電流狭窄構造を有することができる。
【発明の効果】
【００５０】
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１，２，３，４，５，６，７，８及び請求項９の発明によれば、下部のクラッド層である平坦なＩｎＰ層３４にｐ型不純物であるＺｎを選択拡散させて電流狭窄構造を形成した後に、光層波路層３５等を結晶成長により順次形成させエッチング加工を行いスラブ型光導波路を構成することにより、構造が簡単で製作が容易な電流狭窄構造を有することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
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。
【００５２】
図１において２９は半導体の基板、３０は”Ｘ字状”の光導波路、３１は電極である。基板２９上には”Ｘ字状”の光導波路３０が形成され、”Ｘ字状”の光導波路３０の交差部分には電極３１が形成される。
【００５３】
一方、図２は図１中”Ｃ−Ｃ’”における断面図であり、３２はＩｎＰ等の基板、３３はｎ＋ 型のＩｎＰ層、３４は下部のクラッド層であるｎ型のＩｎＰ層、３５はｎ型のＩｎＧａＡｓＰ等の光導波路層、３６は上部のクラッド層であるｎ型のＩｎＰ層、３７はｎ型のＩｎＧａＡｓＰ等のコンタクト層、３８はＳｉＯ２ 等の酸化膜、３９及び４０は電極である。
【００５４】
基板３２上にはＩｎＰ層３３及びＩｎＰ層３４が順次形成され、電極３９（厳密には、コンタクト層３７と電極３９が接触している部分）の直下以外の部分、すなわち、図２中”ＤＲ４１”及び”ＤＲ４２”に示す部分にはｐ型不純物であるＺｎが選択拡散されて電流狭窄構造を形成する。
【００５５】
その後、不純物拡散領域が形成された下部のクラッド層であるＩｎＰ層３４上には光導波路層３５及び上部のクラッド層であるＩｎＰ層３６が結晶成長により順次形成され、図２中”ＤＲ４３”に示す部分にはｐ型不純物であるＺｎが選択拡散される。
【００５６】
上部クラッド層であるＩｎＰ層３６上にコンタクト層３７が結晶成長により順次形成された後、コンタクト層３７から上部のクラッド層であるＩｎＰ層３６の途中までエッチング加工を行いスラブ型光導波路を構成する。
【００５７】
図２中”ＤＲ４３”の上部以外の部分に酸化膜３８を形成し、酸化膜３８が形成されていないコンタクト層３７に接続するように電極３９が形成される。また、基板３２の裏面には電極４０が形成される。
【００５８】
具体的な製造工程としては、第１に、基板３２上にＩｎＰ層３３及び下部のクラッド層であるＩｎＰ層３４を結晶成長させる工程と、第２に、下部のクラッド層であるＩｎＰ層３４の内で電極３９（厳密には、コンタクト層３７と電極３９が接触している部分）の直下以外の部分、すなわち、図２中”ＤＲ４１”及び”ＤＲ４２”に示す部分にｐ型不純物であるＺｎを選択拡散して不純物拡散領域を形成する工程とがある。
【００５９】
また、第３に、下部のクラッド層であるＩｎＰ層３４上に光導波路層３５、上部のクラッド層であるＩｎＰ層３６を順次結晶成長させる工程と、第４に、上部のクラッド層であるＩｎＰ層３６であって図２中”ＤＲ４３”に示す部分に不純物を選択拡散して不純物拡散領域を形成する工程とがある。
【００６０】
また、第５に、上部のクラッド層であるＩｎＰ層３６上にコンタクト層３７を形成する工程と、第６に、コンタクト層３７から上部のクラッド層であるＩｎＰ層３６の途中までエッチング加工を行いスラブ型光導波路を構成する工程とがある。
【００６１】
さらに、第７に、コンタクト層３７上及び上部のクラッド層であるＩｎＰ層３６上であってコンタクト層３７の一部を残して酸化膜３８を形成する工程と、第８に、コンタクト層３７の一部に電極３９を形成する工程と、第９に、基板３２の裏面に電極４０を形成する工程とから成る。
【００６２】
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３１及び図示しない基板２９裏面の電極（図２中の電極４０に相当する。）には電流が供給されない。
【００６３】
このため、”Ｘ字状”の光導波路３０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”ＰＩ４１”から入射した光信号は交差部分を直進して図１中”ＰＯ４１”に示す部分から出射される。
【００６４】
一方、光スイッチが”ＯＮ”の場合、電極３１及び図示しない基板２９裏面の電極（図２中の電極４０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。
【００６５】
具体的には、電極３９から注入された電流は図２中”ＣＲ４１”に示すように、図２中”ＤＲ４３”に示す不純物拡散領域及び光導波路層３５を流れ、下部のクラッド層であるＩｎＰ層３４の内、図２中”ＤＲ４１”及び”ＤＲ４２”に示す不純物拡散領域の間の部分を流れて基板３２側に流れ込む
【００６６】
すなわち、図２中”ＷＤ４１”に示す交差部分の光導波路の幅方向の約半分（一部）の領域の電流密度が高くなり、プラズマ効果によって当該高電流密度部分の屈折率が低くなるように変化する。
【００６７】
例えば、電子電荷を”ｑ”、真空誘電率を”ε０”、ＩｎＰ若しくはＩｎＧａＡｓＰの屈折率を”ｎ”、光導波路を伝播する光の波長を”λ”、光速を”ｃ”、ＩｎＰ若しくはＩｎＧａＡｓＰの電子濃度及び正孔濃度を”ΔＮｅ”及び”ΔＮｈ”、電子及び正孔の有効質量を”ｍ＊ｃｅ”及び”ｍ＊ｃｈ”とした場合、屈折率変化”Δｎ”は、
Δｎ＝−(ｑ２λ２／８π２ｃ２ｎε０)
×[(ΔＮｅ／ｍ＊ｃｅ)＋(ΔＮｈ／ｍ＊ｃｈ)]      （１）
で表される。
【００６８】
従って、例えば、図１中”ＰＩ４１”から入射した光信号は”Ｘ字状”の光導波路３０の交差部分に生じた低屈折率部分で全反射されて図１中”ＰＯ４２”に示す部分から出射される。
【００６９】
図１及び図２に示す実施例では、下部のクラッド層である平坦なＩｎＰ層３４にｐ型不純物であるＺｎを選択拡散させて電流狭窄構造を形成した後に、光層波路層３５等を結晶成長により順次形成させているため、従来例のように加工測面と底面での面方位の差異による成長速度の違いや組成変動、加工表面や溝幅のラフネスの影響による結晶欠陥の発生や不均一性等の課題が生じない。
【００７０】
また、図１及び図２に示す実施例では、コンタクト層３７から上部のクラッド層であるＩｎＰ層３６の途中までエッチング加工を行いスラブ型光導波路を構成しているため、エッチング加工深さは”約０．５μｍ”（従来例では”１．５〜２μｍ”）となり、従来例と比較して段差は小さいので平坦化のための構造を取り入れる必要性がなくなる。
【００７１】
図３及び図４は実施例の屈折率部分及び光強度分布のシミュレーション結果の一例を示す説明図であり、図４に示す光強度分布から伝播モードは単一（０次）モードとなっていることがわかる。
【００７２】
このため、光通信等に用いられる単一モードファイバーと本願発明に係る光スイッチの光導波路端、例えば、図１中”ＰＩ４１”、図１中”ＰＯ４１”若しくは図１中”ＰＯ４２”との光結合の効率が高くなる。
【００７３】
この結果、下部のクラッド層である平坦なＩｎＰ層３４にｐ型不純物であるＺｎを選択拡散させて電流狭窄構造を形成した後に、光層波路層３５等を結晶成長により順次形成させエッチング加工を行いスラブ型光導波路を構成することにより、構造が簡単で製作が容易な電流狭窄構造を有することができる。
【００７４】
なお、図１に示す実施例の平面図においては基板２９上に形成された”Ｘ字状”の光導波路を有する光導波路層３０を例示しているが、勿論、出射用の光導波路を２つ有する光導波路でれば”ｙ字状”であっても、その他の形状であっても構わない。
【００７５】
ここで、”ｙ字状”の光導波路とは、１本の直線の光導波路の途中から異なる角度で分岐する形状である。
【００７６】
また、図２に示す実施例の断面図においては図２中”ＷＤ４１”に示す交差部分の光導波路の幅方向の約半分（一部）の領域を残して図２中”ＤＲ４１”及び”ＤＲ４２”に示すように不純物拡散領域を形成しているが、図２中”ＷＤ４１”に示す交差部分の光導波路の幅方向の全ての領域を残して図２中”ＤＲ４１”及び”ＤＲ４２”に示すように不純物拡散領域を形成しても勿論構わない。
【００７７】
また、図２に示す実施例の断面図においては基板３２の上にｎ＋ 型のＩｎＰ層を形成している例を例示しているが、必須の構成要素ではないので省略しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【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】屈折率部分のシミュレーション結果の一例を示す説明図である。
【図４】光強度分布のシミュレーション結果の一例を示す説明図である。
【図５】従来の光スイッチの一例を示す平面図である。
【図６】従来の光スイッチの一例を示す断面図である。
【図７】キャリアの有効質量が小さい材料系を用いた従来の光スイッチの一例を示す断面図である。
【図８】従来の光スイッチの一例を示す平面図である。
【図９】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】
【００７９】
１，５，１２，１９，２９，３２  基板
２，６，１３，２４，３５  光導波路層
３，４，９，１０，１７，１８，２１，２２，２８，３１，３９，４０  電極
７，８，３７  コンタクト層
１１，１６  絶縁膜
１４，２５，３３，３４，３６  ＩｎＰ層
１５，２６  ＩｎＧａＡｓＰ層
２０，３０  光導波路
２３  ＩｎＰ基板
２７，３８  酸化膜
【図１】
2005025086.tif 000003
【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005025086.tif 000007
【図８】
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【図９】
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【図３】
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【図４】
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