DE10131143A1

DE10131143A1 - Optischer Modulator. Verfahren zur Herstellung desselben und photonische Halbleitereinrichtung

Info

Publication number: DE10131143A1
Application number: DE10131143A
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Tada; Kazuhisa Takagi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-11-06
Filing date: 2001-06-28
Publication date: 2002-05-16
Anticipated expiration: 2021-06-29
Also published as: US6778751B2; JP4828018B2; JP2002139717A; US20020054724A1; DE10131143B4

Abstract

Ein optischer Wellenleitergrat 14 hat eine Seite mit einem ebenen Teil 14a, das gleichförmig von einer Spitze des Grates zu einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats 12 reicht, wobei das ebene Teil 14a mit einer freigelegten Oberfläche des Substrats 12 in Kontakt ist. Eine p-Typ-Elektrode 22 reicht von der Spitze des optischen Wellenleitergrates 14 hinab und ist in engem Kontakt mit einem dielektrischen Film 16, mit dem der ebene Teil 14a des optischen Wellenleitergrates 14 versehen ist. Die p-Typ-Elektrode 22 reicht weiter über den dielektrischen Film 16 zur freigelegten Oberfläche des Halbleitersubstrats 12, wo ein Ende der Elektrode 22 als Anschlußfleck 22a ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen op tischen Modulator, ein Verfahren zur Herstellung dieses optischen Modulators und eine photonische Halbleiterein richtung. Noch genauer bezieht sich die Erfindung auf ei nen optischen Modulator, der in der optischen Kommunika tion genutzt wird, ein Verfahren zur Herstellung dieses optischen Modulators und eine photonische Halbleiterein richtung, die solche optischen Modulatoren vereinigt.

Die Erfindung beansprucht die Priorität der japani schen Patentanmeldung Nr. 2000-337472 vom 6. November 2000 mit Beschreibung, Zeichnung, Ansprüchen und Zusam menfassung.

Um die weitere Verbreitung von öffentlichen Kommuni kationsnetzwerken mit optischen Fasern zu fördern, ist es wichtig, die Leistung von Halbleiterlasereinrichtungen zu erhöhen und ihre Ausbeute für eine kostengünstigere Her stellung zu verbessern. Insbesondere beinhaltet das Ver bessern der Leistung von Halbleiterlasern notwendig das Modulieren von Laserstrahlen mit höherer Geschwindigkeit, um so wachsende Mengen von Informationen zu bewältigen. Die optische Kommunikation über lange Distanzen wird durch Verringerung der Wellenfluktuationen während der Hochgeschwindigkeitslasermodulation erreicht, wohingegen herkömmliche Aufbauten, die einen Halbleiterlaser haben, der durch injizierten Strom im Single-Mode zur direkten Modulation variiert wird, dazu neigen, an einem ausge prägten Wellenlängen-Chirp zu leiden, der von Dichtefluk tuationen in den injizierten Trägern hervorgerufen wird.

Aus diesem Grund kann das Direktmodulationsschema nicht bei der Übertragung von hochgeschwindigkeitsmodulierten Daten über lange Distanzen bei 10 Gbps oder höher verwen det werden.

Für optische Datenübertragungssysteme bei 10 Gbps wird das direkte Modulationsschema typischerweise durch einen externen Modulationsaufbau ersetzt. Die externe Mo dulation beinhaltet, dass eine Halbleiterlasereinrichtung mit einem konstanten Pegel oszilliert, und das ausgesen dete Laserlicht wird durch optische Modulatoren ge schickt, die es ermöglichen, den Lichtdurchlaß mit mini malem Wellenlängen-Chirp ein- und auszuschalten, um die Lichtmodulation zu erreichen.

Optische Modulatoren, die durch das externe Modulati onsverfahren genutzt werden, werden Elektroabsorptionsmo dulatoren genannt, was hier als EANs abgekürzt wird. EAMs mit einer einzelnen optischen Absorptionsschicht absor bieren Licht durch Nutzung des Franz-Keldysh-Effekts, und EAMs mit einer Mehrfach-Quantentopf-Struktur absorbieren Licht durch Variationen des Absorptionsspektrums basie rend auf dem Stark-Effekt. Die Laserabsorptionsfähigkeit eines optischen Modulators variiert abhängig von einer am fraglichen Modulator anliegenden Rückwärts-Vorspannung. Aus diesem Grund wird ein Laserstrahl, dessen Intensität in Abhängigkeit von der Signalspannung moduliert ist, vom Ausgang des optischen Modulators emittiert, wenn eine Mo dulationssignalspannung an einem elektrischen Hochfre quenzschaltkreis, der mit einem optischen Modulator ver bunden ist, angelegt wird.

Auf dem Gebiet der Hochgeschwindigkeitskommunkation bei 20 Gpbs oder höher der nächsten Generation ziehen op tische Ultrahochgeschwindigkeits-Halbleitermodulatoren die Aufmerksamkeit auf sich, weil sie eine geringe Chirp- Charakteristik aufweisen, klein sind und mit geringen Spannungen arbeiten. Vor dem Einbau solcher Ultrahochge schwindigkeits-Halbleitermodulatoren ist eine wichtige Herausforderung zu lösen: Die Verringerung der Kapazität von optischen Modulatorelementen.

Fig. 25 ist eine perspektivische Ansicht eines übli chen optischen Modulators, und Fig. 26 ist ein Schnitt entlang der Linie XXVI-XXVI durch den optischen Modulator in Fig. 25. In den Fig. 25 und 26 steht das Bezugszei chen 200 für einen optischen Modulator; 202 für ein InP- Substrat vom n-Typ (n-Leitfähigkeit wird im Folgenden durch das Symbol "n-" und p-Leitfähigkeit durch "p-" be zeichnet); 204 für eine n-InP-Deckschicht; 206 für eine optische Absorptionsschicht; 208 für eine p-InP-Deck schicht; 210 für eine p-InGaAs-Kontaktschicht; 212 für einen Oberflächenschutzfilm wie einen SiO₂-Film; 214 für eine Polyimidschicht; 216 für eine ohmsche Elektrode vom p-Typ; 216a für einen Anschlußfleck; und 218 für eine ohmsche Elektrode vom n-Typ.

Ein Verfahren zur Herstellung herkömmlicher optischer Modulatoren wird unten skizziert. Die Fig. 27, 28 und 29 sind aufeinanderfolgende Schnitte eines optischen Mo dulators. Auf dem n-InP-Substrat 202 werden zunächst durch epitaktisches Wachstum die n-InP-Deckschicht 204, die optische Absorptionsschicht 206, die p-InP-Deck schicht 208 und die p-InGaAs-Kontaktschicht 210 gebildet. Ein Isolierfilm wie ein SiO₂-Film wird dann über der Oberfläche gebildet, auf der ein streifenförmiges Masken muster 220 mit 2 bis 3 Mikron (µm) Breite (siehe Fig. 27) angebracht ist.

Unter Verwendung des Maskenmusters 220 als Maske wird bis zu einer Tiefe unterhalb der optischen Absorptions schicht 206, beispielsweise 2 bis 3 Mikron tief, Trockenätzen durchgeführt, um einen Grat 222 (siehe Fig. 28) zu bilden. Als nächstes wird der Oberflächenschutz film 212, wie beispielsweise ein SiO₂-Film, gebildet. Po lyimid 214 wird über dem Film angebracht, um die Oberflä che zu glätten. Eine Öffnung 224 wird auf der Spitze des Grats 222 für ohmschen Kontakt (siehe Fig. 29) gebildet.

Dann werden die ohmsche Elektrode 216 vom p-Typ und die ohmsche Elektrode vom n-Typ 218 gebildet, was den in den Fig. 25 und 26 gezeigten optischen Modulator ver vollständigt. Die Elementkapazität des so hergestellten optischen Modulators 200 ist eine Summe der Kapazität der optischen Absorptionsschicht 206 und der Kapazität des Anschlußflecks 216a. Weil die Kapazität der optischen Ab sorptionsschicht 206 durch die Leistung der Modulatorele mente bestimmt wird, die vom dynamischen Bereich und der Extinktionscharakteristik des optischen Modulators 200 abhängen, kann die Elementkapazität nur bis zu einem ge wissen Grad reduziert werden.

Wenn der Bereich zum Anbringen von gebondeten Drähten einbezogen wird, kann der Anschlußfleck 216a höchstens auf eine Größe von ungefähr 50 µm × 50 µm verkleinert werden; eine stärkere Verkleinerung des Anschlußflecks ist schwer zu erreichen. Aus diesem Grund wird der An schlußfleck 216a auf der Oberfläche des isolierenden Po lyimids 214 gebildet, um die Kapazität des Anschlußflecks 216a zu minimieren.

Optische Modulatoren, die dazu konzipiert sind, Modu lationen bei Geschwindigkeiten von 40 Gbps oder mehr durchzuführen, dürfen lediglich eine Elementkapazität von 0,1 pF oder weniger haben. In der herkömmlichen optischen Modulatorstruktur wird die Elementkapazität durch Nutzung einer dickeren Polyimidschicht 214 reduziert. Daraus er gibt sich ein Problem: Die Polyimidschicht 214 ist schwierig zu bilden.

Die Japanische Patentveröffentlichung Nr. Hei 3-263388 offenbart einen optischen Modulator, der mit dieser Erfindung in Beziehung steht. Der offenbarte opti sche Modulator hat einen Mesastreifen einer Mehrschicht halbleiterstruktur, die aktive Schichten enthält, wobei der Mesastreifen von hochohmigen InP-Schichten flankiert wird. Die Elementkapazität dieses optischen Modulators wird durch Nutzung einer Luftbrückenstruktur reduziert, die die Oberfläche des Mesastreifens mit einem Anschluß fleck auf einem hochohmigen Halbleitersubstrat verbindet. Der offenbarte optische Modulator hat eine Gratstruktur, die sich von der des optischen Modulators der Erfindung, der unten beschrieben wird, unterscheidet.

Die vorliegende Erfindung wurde in Betracht der obi gen Umstände gemacht, und es ist eine erste Aufgabe der Erfindung, einen optischen Modulator zu schaffen, der ei ne exzellente Hochfrequenzleistung bei niedriger Element kapazität bietet.

Demzufolge schafft die Erfindung einen optischen Mo dulator, der Folgendes umfaßt: ein halbisolierendes Halb leitersubstrat mit einer Hauptebene, die teilweise eine freigelegte Oberfläche enthält; einen optischen Wellen leitergrat, der auf dem Halbleitersubstrat liegt und der eine erste Deckschicht eines ersten Leitungstyps, eine optische Absorptionsschicht und eine zweite Deckschicht eines zweiten Leitungstyps beinhaltet, wobei der optische Wellenleitergrat weiterhin eine Seite mit einem flachen Teil aufweist, das gleichförmig von einer Spitze des Grats zum Halbleitersubstrat reicht, wobei das flache Teil in Kontakt mit der freigelegten Oberfläche des Halb leitersubstrats ist; einen dielektrischen Film, der den optischen Wellenleitergrat und das Halbleitersubstrat be deckt und der eine erste Öffnung auf der Spitze des op tischen Wellenleitergrats und eine zweite Öffnung in ei nem Gebiet des Halbleitersubstrats außerhalb der freige legten Oberfläche hat; eine erste Elektrode, die auf dem dielektrischen Film angeordnet und durch die erste Öff nung mit der Spitze des optischen Wellenleitergrats ver bunden ist, wobei sich die erste Elektrode weiterhin auf dem flachen Teil des optischen Wellenleitergrats er streckt, während sie in engem Kontakt mit einer Oberflä che des dielektrischen Films ist, und die erste Elektrode hat weiterhin ein Ende, das auf dem Halbleitersubstrat durch dessen freigelegte Oberfläche festgelegt ist; und eine zweite Elektrode, die auf dem Halbleitersubstrat an geordnet ist und mit der ersten Deckschicht durch die zweite Öffnung des dielektrischen Films verbunden ist.

Entsprechend verringert die erfindungsgemäße Anord nung die Kapazität des Anschlußflecks der ersten Elek trode, wodurch sich ein optischer Modulator mit ausge zeichneten Hochgeschwindigkeitseigenschaften ergibt.

Weiterhin schafft die Erfindung eine photonische Halbleitereinrichtung, die optische Modulatoren mit ver besserten Hochfrequenzeigenschaften umfaßt.

Weiterhin schafft die Erfindung eine photonische Halbleitereinrichtung, die Folgendes umfaßt: einen opti schen Modulator, der ein halbisolierendes Halbleiter substrat mit einer Hauptebene umfaßt, die teilweise eine freigelegte Oberfläche beinhaltet, einen optischen Wel lenleitergrat, der auf dem Halbleitersubstrat angeordnet ist und der eine erste Deckschicht eines ersten Leitungs typs, eine optische Absorptionsschicht und eine zweite Deckschicht eines zweiten Leitungstyps beinhaltet, wobei der optische Wellenleitergrat weiterhin eine Seite mit einem flachen Teil hat, das sich gleichförmig von einer Spitze des Grates auf das Halbleitersubstrat erstreckt, wobei das flache Teil in Kontakt mit der freigelegten Oberfläche des Halbleitersubstrats steht, einen dielek trischen Film, der den optischen Wellenleitergrat und das Halbleitersubstrat bedeckt und der eine erste Öffnung an der Spitze des optischen Wellenleitergrates und eine zweite Öffnung in einem Bereich des Halbleitersubstrats außerhalb der freigelegten Oberfläche hat, eine erste Elektrode, die auf dem dielektrischen Film angeordnet ist und durch die erste Öffnung auf der Spitze des optischen Wellenleitergrats angebracht ist, wobei sich die erste Elektrode weiter auf dem flachen Teil des optischen Wel lenleitergrats erstreckt, während sie in engem Kontakt mit einer Oberfläche des dielektrischen Films steht, und die erste Elektrode hat weiterhin ein Ende, das auf dem Halbleitersubstrat durch dessen freigelegte Oberfläche festgelegt ist, und eine zweite Elektrode, die auf dem Halbleitersubstrat angeordnet ist und mit der ersten Deckschicht durch die zweite Öffnung des Dielektrikums verbunden ist; und eine Halbleiterlasereinrichtung, deren optische Achse mit der optischen Absorptionsschicht des optischen Modulators in einer Linie liegt.

Demzufolge schafft die Erfindung eine photonische Halbleitereinrichtung mit hervorragender Hochfrequenzcha rakteristik.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren von vereinfachten Schritten zur Her stellung eines optischen Modulators zu schaffen, der ver besserte Hochfrequenzeigenschaften mit einer kleinen Ele mentkapazität bietet.

Demzufolge schafft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Modulators, das folgende Schritte umfaßt: zuerst Bilden einer ersten Deckschicht eines ersten Leitungstyps, einer optische Absorptions schicht und einer zweiten Deckschicht eines zweiten Lei tungstyps auf einem halbisolierenden Halbleitersubstrat; zweitens Bilden einer freigelegten Oberfläche des Halb leitersubstrats und eines optischen Wellenleitergrats, der eine Seite mit einem flachen Teil hat, das sich gleichförmig von einer Spitze des Grates zum Halbleiter substrat erstreckt, durch Photolithographie und Ätzen, wobei der flache Teil in Kontakt mit der freigelegten Oberfläche des Halbleitersubstrats gebracht wird; drit tens Bilden eines dielektrischen Films über dem Halblei tersubstrat und einer ersten und zweiten Öffnung durch den Film, wobei die erste Öffnung an der Spitze des op tischen Wellenleitergrates gemacht wird und die zweite Öffnung in einem Gebiet des Halbleitersubstrats außerhalb dessen freigelegter Oberfläche gemacht wird; viertens Bilden einer ersten Elektrode durch die erste Öffnung auf dem optischen Wellenleitergrat in solcher Weise, dass sich die erste Elektrode entlang des flachen Teils des optischen Wellenleitergrates erstreckt, während sie in engem Kontakt mit einer Oberfläche des dielektrischen Films ist, und die erste Elektrode hat ein Ende, das auf dem Halbleitersubstrat durch dessen freigelegte Oberflä che gebildet ist; und fünftens Bilden einer zweiten Elek trode, die mit der ersten Deckschicht durch die zweite Öffnung des dielektrischen Films verbunden ist.

Demgemäß erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung eines optischen Modulators mit verringerter Elementkapazität unter Nutzung vereinfachter Schritte, wodurch ein kostengünstiger optischer Modulator mit ex zellenter Hochgeschwindigkeitscharakteristik geschaffen wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Beschrei bung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine räumliche Ansicht eines optischen Modula tors als erste Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt der ersten Ausführungsform;

Fig. 3 einen anderen Schnitt der ersten Ausführungs form;

Fig. 4 einen Schnitt eines optischen Modulatorele ments in der ersten Ausführungsform während eines Her stellschritts;

Fig. 5 einen Schnitt des erfindungsgemäßen optischen Modulatorelements in einem anderen Herstellungsschritt;

Fig. 6 einen Schnitt des erfindungsgemäßen optischen Modulatorelements in einem anderen Herstellungsschritt;

Fig. 7 einen Schnitt des erfindungsgemäßen optischen Modulatorelements in einem anderen Herstellungsschritt;

Fig. 8 eine räumliche Ansicht einer Variante der ers ten Ausführungsform;

Fig. 9 einen Schnitt der Variante der ersten Ausfüh rungsform;

Fig. 10 eine räumliche Ansicht einer anderen Variante der ersten Ausführungsform;

Fig. 11 eine räumliche Ansicht eines optischen Modu lators als eine zweite Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 12 einen Schnitt der zweiten Ausführungsform;

Fig. 13 eine räumliche Ansicht eines optischen Modu lators als eine dritte Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 14 einen Schnitt der dritten Ausführungsform;

Fig. 15 einen anderen Schnitt der dritten Ausfüh rungsform;

Fig. 16 einen Schnitt eines optischen Modulatorele ments in der dritten Ausführungsform in einem Herstell schritt;

die Fig. 17, 18, 19 und 20 Schnitte des erfin dungsgemäßen optischen Modulatorelements in anderen Her stellschritten;

Fig. 21 einen Schnitt eines optischen Modulatorele ments als eine vierte Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 22 einen Schnitt eines optischen Modulatorele ments als eine fünfte Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 23 eine räumliche Ansicht einer Halbleiterlaser einrichtung, die einen optischen Modulator hat und als sechste Ausführungsform der Erfindung ausgeführt ist;

Fig. 24 eine räumliche Ansicht einer Variante der sechsten Ausführungsform;

Fig. 25 eine räumliche Ansicht eines herkömmlichen optischen Modulators;

Fig. 26 einen Schnitt des herkömmlichen optischen Mo dulators;

Fig. 27 einen Schnitt des herkömmlichen optischen Mo dulators in einem Herstellschritt;

die Fig. 28 und 29 Schnitte des herkömmlichen op tischen Modulators in anderen Herstellschritten.

In der Zeichnung haben die im wesentlichen gleichen Elemente dieselben Bezugszeichen.

Die erste Ausführungsform dieser Erfindung wird ge bildet, indem ein flaches Teil gleichförmig auf einer Seite eines optischen Wellenleitergrats gebildet wird und von der Spitze des Grats zur Oberfläche des Halbleiter substrats hinabreicht, wobei das flache Teil weiterhin mit einer freien Substratoberfläche in Kontakt kommt. Eingebettet in einen dielektrischen Film, der den opti schen Wellenleitergrat bedeckt, liegt eine Elektrode in engem Kontakt mit dem dielektrischen Film auf dem flachen Teil und reicht von der Spitze nach unten. Die erste Elektrode reicht weiter auf die freigelegte Oberfläche des Halbleitersubstrats, wo ein Ende der Elektrode auf dem dielektrischen Film festgelegt ist.

Fig. 1 ist eine räumliche Ansicht eines optischen Modulators als der ersten Ausführungsform der Erfindung. In Fig. 1 steht das Bezugszeichen 10 für einen optischen Modulator; 12 für ein halbisolierendes InP-Substrat, das als Halbleitersubstrat dient; 14 für einen optischen Wel lenleitergrat; und 16 für einen Oberflächenschutzfilm, der aus einem SiO₂-Film als einem dielektrischen Film be steht, der den optischen Wellenleitergrat 14 und das Halbleitersubstrat 12 bedeckt. Die Bezugszeichen 18 und 20 bezeichnen jeweils eine erste bzw. zweite Öffnung im Oberflächenschutzfilm. Bezugszeichen 22 steht für eine p- Typ-Elektrode, die als erste Elektrode wirkt, und 24 steht für eine n-Typ-Elektrode, die als zweite Elektrode und gleichzeitig als Anschlußfleck dient. Die p-Typ-Elek trode 22 und n-Typ-Elektrode 24 werden durch die Öffnun gen 18 und 20 auf dem Oberflächenschutzfilm 16 festge legt.

Fig. 2 ist ein Schnitt entlang der Linie II-II durch den optischen Modulator nach Fig. 1, und Fig. 3 ist ein Schnitt entlang der Linie III-III durch denselben opti schen Modulator. In Fig. 2 bezeichnet das Bezugszeichen 26 eine n-Typ-Deckschicht, die als erste Deckschicht auf dem InP-Substrat 12 dient. Die n-Typ-Deckschicht 26 be steht aus n-InP.

Ein Ausläufer 26a der n-Typ-Deckschicht 26 erstreckt sich über eine Seite des optischen Wellenleitergrates 14. Eine auf der n-Typ-Deckschicht 26 gebildete optische Ab sorptionsschicht 28 hat eine MQW-Struktur aus InGaAsP/InGaAs(P)-Materialien. Alternativ kann die MQW- Struktur aus InGaA/As/InAlAs-Materialien bestehen.

Bezugszeichen 30 steht für eine p-Typ-Deckschicht, die als zweite Deckschicht über der optischen Absorptionsschicht 28 dient und aus p-InP besteht; 32 bezeichnet eine Kontaktschicht aus p-InGaAs auf der p- Typ-Deckschicht 30; und 34 steht für eine Grundierungs elektrodenschicht mit Ti-, Pt- und Au-Schichten, die von einer Kontaktschicht 32 nach oben angehäuft werden.

Der optische Wellenleitergrat 14 besteht aus der n- Typ-Deckschicht 26, der optischen Absorptionsschicht 28, der p-Typ-Deckschicht 30, der Kontaktschicht 32, und der Grundierungselektrodenschicht 34. Die Basis einer Seite des optischen Wellenleitergrates 14 hat Kontakt zum Aus läufer 26a der n-Typ-Deckschicht 26, und die Basis der anderen Seite hat Kontakt mit dem InP-Substrat 12. Ein Teil der Seite, die mit dem InP-Substrat 12 in Kontakt ist, besitzt einen gleichförmig flachen Teil 14a, der breiter als die p-Typ-Elektrode 22 ist und sich von der Kontaktschicht 32 zur Oberfläche des InP-Substrats 12 er streckt. Über dem flache Teil 14a hat die n-Typ-Deck schicht 26 keine Stufen, die seitlich vom optischen Wel lenleitergrat 14 hervorstehen.

Ein Teil der p-Typ-Elektrode 22 wird durch die Öff nung 18 auf die Grundierungsmetallschicht 34 über der oberen Oberfläche des optischen Wellenleitergrats 14 mon tiert, wodurch die Elektrode 22 elektrisch mit der Schicht 34 verbunden ist. Die p-Typ-Elektrode 22 steht in engem Kontakt mit dem Oberflächenschutzfilm 16, und er streckt sich von der Spitze des optischen Wellenleiter grats 14 über das seitliche flache Teil 14a zu seiner Ba sis. Die p-Typ-Elektrode 22 erstreckt sich weiter über das InP-Substrat 12 und steht in engem Kontakt mit dem Oberflächenschutzfilm 16, so dass ein Ende der Elektrode 22 einen Anschlußfleck 22a auf der freigelegten Oberflä che des InP-Substrats 12 bildet, wobei der Oberflächen schutzfilm 16 dazwischen liegt.

Die p-Typ-Elektrode besteht aus Ti- und Au-Schichten, die auf der Grundierungsmetallschicht angehäuft werden. Die Elektrode 22 kann, falls erforderlich, mit einer Au- Schicht überzogen werden. Alternativ kann die p-Typ-Elek trode 22 direkt ohne eine Grundierungsmetallschicht 34 dazwischen auf die Kontaktschicht aufgebracht werden.

Die Oberfläche des Ausläufers 26a der n-Typ-Deck schicht 26 ist vom Oberflächenschutzfilm 16 bedeckt. Die n-Typ-Elektrode 24 wird auf dem Ausläufer 26a durch die Öffnung 20 gebildet, um eine elektrischen Verbindung mit der n-Typ-Deckschicht 26 zu sichern.

Der Schnitt nach Fig. 3 ist im Wesentlichen gleich wie Fig. 2; der Unterschied besteht darin, dass in Fig. 3 die Grundierungsmetallschicht 34 auf der Oberfläche der Spitze des optischen Wellenleitergrates 14 vom Oberflä chenschutzfilm 16 bedeckt ist und dass sowohl die Öffnun gen 18 und 20 als auch die p-Typ- und n-Typ-Elektroden 22 und 24 fehlen.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung des optischen Modulators 10 wird nun beschrieben. Die Fig. 4, 5, 6 und 7 sind Schnitte eines optischen Modulatorele ments während verschiedener Herstellschritte.

Auf dem Halbisolierenden InP-Substrat 12 werden durch epitaktisches Wachstum eine n-InP-Schicht, die die n-Typ- Deckschicht 26 bildet, die optische Absorptionsschicht 28, die die MQW-Struktur aus InGaAsP/InGaAs(P) Materia lien aufweist, eine p-InP-Schicht, die die p-Typ-Deck schicht 30 bildet und eine p-InGaAs-Schicht, die als Kon taktschicht 32 dient, gebildet.

Eine Resistschicht wird auf die gesamte Oberfläche aufgebracht. Durch einen photolithographischen Prozeß wird ein Resistmuster 38 gebildet, das in Richtung des optischen Wellenleiters eine streifenförmige Öffnung mit einer Breite von 2 bis drei Mikron (µ) aufweist. Auf dem Resistmuster 38 werden durch Sputtern Ti-, Pt- und Au- Schichten abgeschieden, um die Grundierungselektroden schicht 34 zu bilden (siehe Fig. 4).

Das Resistmuster 38 wird durch das Abhebe- bzw. Lift- off-Verfahren in einer Weise entfernt, die die streifen förmige Grundierungselektrodenschicht 34 unversehrt läßt. Ein dielektrischer Film wie ein SiO₂-Film wird gebildet, um die streifenförmige Grundierungselektrodenschicht 34 abzudecken. Während das Muster des streifenförmigen di elektrischen Films 40 mit der Grundierungselektroden schicht 34 unversehrt bleibt, werden die restlichen Teile durch Ätzen entfernt. Unter Nutzung des dielektrischen Films 40 als einer gratbildenden Maske werden die Schich ten durch Trockenätzen über die optische Absorptions schicht 28 hinaus und bis zur Freilegung der n-Typ-Deck schicht 26 (siehe Fig. 5) entfernt.

Der Teil der freigelegten n-Typ-Deckschicht 26, der auf einer Seite des Grats liegt, wird durch Ätzen ent fernt. Der Vorgang bildet auf einer Seite des Grats den optischen Wellenleitergrat 14 mit dem gleichförmig fla chen Teil 14a, der sich von der Kontaktschicht 32 zur Oberfläche des InP-Substrats 12 erstreckt.

Ein SiO₂-Film, der den Oberflächenschutzfilm 16 bil det, wird dann über dem Ausläufer 26a der n-Typ-Deck schicht 26, dem optischen Wellenleitergrat 14 und dem InP-Substrat 12 gebildet (siehe Fig. 6). Der Oberflächen schutzfilm 16 kann alternativ als SiN-Schutzfilm ausge bildet sein.

Durch den Oberflächenschutzfilm 16 wird die Öffnung 18 oben auf dem optischen Wellenleitergrat 14 und die Öffnung 20 auf dem Ausläufer 26a der n-Typ-Deckschicht 26 (siehe Fig. 7) gebildet. Danach wird eine Resistschicht auf dem Oberflächenschutzfilm 16 aufgebracht. Ein Resist muster wird gebildet durch Entfernen des Resists sowohl von einem Bereich, der die Öffnung 20 enthält, als auch von einem Bereich, der von der Spitze des optischen Wel lenleitergrates 14, wo sich die Öffnung 18 befindet, über den seitlichen flachen Teil 14a zum Grund des Grats 14 und weiter über die freigelegte Oberfläche des InP- Substrats 12 hinabreicht. Auf der gesamten Oberfläche werden durch Sputtern ein Ti- und ein Au-Film als Elek trodenschichten aufgebracht. Unter Nutzung des Lift-Off- Verfahrens werden das Resistmuster und die darauf gebil deten Elektrodenschichten entfernt.

Die obigen Schritte bilden die p-Typ-Elektrode 22, die durch die Öffnung 18, die mit der Grundierungselek trodenschicht 34 verbunden ist und die über den seitli chen flachen Teil 14a von der Spitzenoberfläche des op tischen Wellenleitergrats 14 zu dessen Grund hinabreicht, wobei sie in engem Kontakt mit dem Oberflächenschutzfilm 16 ist, und die sich weiterhin über die Oberflächen schutzschicht 16 zur freigelegten Oberfläche des InP- Substrats 12 erstreckt, wo ein Ende der Elektrode 22 als Anschlußfleck 22a ausgebildet ist.

Die gleichen Schritte stellen die n-Typ-Elektrode 24 her, deren eines Ende als Anschlußfleck in dem Bereich ausgeführt ist, der die Öffnung 20 umfaßt. Das InP- Substrat wird dann auf eine Dicke von 100 µm geschliffen, was das in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigte optische Modula torelement vervollständigt.

Gemäß dem obigen Herstellverfahren wird die streifen förmige Grundierungselektrodenschicht 34 über den epitak tisch gewachsenen Schichten gebildet (Fig. 4). Die Grun dierungselektrodenschicht 34 wird dann mit dem dielektri schen Film bedeckt, der als gratbildende Maske dient. Wenn die Maske aufgebracht ist, werden die verbleibenden Teile durch Trockenätzen entfernt, um den Grat zu bilden (Fig. 5). Alternativ kann das optische Modulatorelement wie folgt hergestellt werden:
Nach dem epitaktischen Wachstum der Schichten wird ein streifenförmiges Muster eines dielektrischen Films gebildet. Das streifenförmige Muster wird als eine Maske beim Trockenätzen genutzt, wodurch ein Grat gebildet wird. Eine n-Typ-Deckschicht wird dann auf einer Seite des Grats entfernt. Dies bildet den optischen Wellenlei tergrat 14, der ein gleichmäßig flaches Teil 14a auf weist, das sich über eine Seite des Grats von einer Kon taktschicht 32 zur Oberfläche eines InP-Substrats 12 er streckt. Wird dann das streifenförmige Muster entfernt, wird eine Grundierungselektrodenschicht 34 durch das Lift-off-Verfahren oben auf dem Grat gebildet. Danach wird ein SiO₂-Film als Oberflächenschutzfilm 16 auf einem Ausläufer 26a einer n-Typ-Deckschicht 26 auf dem optisch en Wellenleitergrat 14 und dem InP-Substrat 12 gebildet (siehe Fig. 6).

Im Folgenden wird beschrieben, wie die erste Ausfüh rungsform der Erfindung arbeitet. Ein (nicht gezeigtes) externes optisches System sendet einen Laserstrahl in den optischen Modulator 10. Der Laserstrahl fällt in einer Kante der optischen Absorptionsschicht 28 ein.

Ein (nicht gezeigter) Signaldraht aus einer (nicht gezeigten) externen Verdrahtung wird mit dem Kontaktfleck 22a der p-Typ-Elektrode 22 im optischen Modulator 10 ver bunden, und ein (nicht gezeigter) Erdungsdraht wird mit der n-Typ-Elektrode 24 verbunden. Ein Modulationssignal wird durch den Signaldraht in die p-Typ-Elektrode 22 ein gegeben. Wenn es die p-Typ-Elektrode 22 erreicht hat, er scheint das elektrische Signal als eine Modulationssig nalspannung zwischen der p-Typ-Deckschicht 30 des opti schen Modulators 14 und der n-Typ-Deckschicht 26 auf der geschliffenen Seite. Die Modulationssignalspannung wird der optischen Absorptionsschicht 28 zugeführt. Die Einga be des Laserstrahls auf eine Fläche der optischen Ab sorptionsschicht 28 wird moduliert, indem er basierend auf der Modulationssignalspannung ein- und ausgeschaltet wird.

Der modulierte Laserstrahl tritt an einer anderen Fläche der optischen Absorptionsschicht 28 aus. Der modu lierte Laserstrahl wird durch ein Linsensystem zu opti schen Fasern zur Übertragung zum externen optischen Sys tem geführt.

Der optische Modulator 10 der ersten Ausführungsform weist keine Polyimid-Schichten auf beiden Seiten des op tischen Wellenleitergrates 14 auf. Der optische Wellen leitergrat ist an den Seiten mit dem Oberflächenschutz film 16 bedeckt. Die p-Typ-Elektrode 22 steht in engem Kontakt mit dem Oberflächenschutzfilm 16 und erstreckt sich über das seitliche flache Teil 14a von der Spitze des optischen Wellenleitergrats 14 bis zu dessen Fuß. Die p-Typ-Elektrode 22 erstreckt sich weiter in engem Kontakt mit dem Oberflächenschutzfilm 16 auf die freigelegte Oberfläche des InP-Substrats 12, wo ein Ende der Elek trode 22 den Anschlußfleck 22a bildet.

Die so aufgebaute p-Typ-Elektrode hat zwei Teile, die jeweils eine Kapazität als Polplatte aufweisen: (1) der Anschlußfleck 22a und (2) die Seite der n-Typ Deckschicht 26, die gegenüber der p-Typ-Elektrode über dem Oberflä chenschutzfilm 16 liegt.

Wenn angenommen wird, dass das InP-Substrat ungefähr 100 µm dick ist und dass der Anschlußfleck ungefähr 50 µm × 50 µm mißt, hat der Anschlußfleck eine Kapazität von um die 3 fF (3 × 10^-15 F). Nun wird die n-Typ Deck schicht zu einer Dicke von 1 µm, die p-Typ-Elektrode 22 zu einer Breite von 10 µm und der Oberflächenschutzfilm zu einer Dicke von 0,2 µm angenommen. In diesem Fall hat diese Seite der n-Typ-Deckschicht 26, die der p-Typ-Elek trode 22 über den Oberflächenschutzfilm 16 gegenüber liegt, eine Kapazität von 5 fF. Die Gesamtkapazität er gibt sich somit zu ungefähr 8 fF.

In einer vergleichbaren herkömmlichen optischen Modu latorstruktur, in der eine praktisch nutzbare Polyimid schicht, auf der ein Anschlußfleck von 50 µm × 50 µm ge bildet wird, eine Dicke von 3 µm aufweist, ist die Kapa zität des Anschlußflecks ungefähr 30 fF. Das bedeutet, dass der optische Modulator nach der ersten Ausführungs form eine Elementkapazität von ungefähr einem. Viertel der des vergleichbaren herkömmlichen optischen Modulators hat. Da die p-Typ-Elektrode 22 in engem Kontakt mit dem Oberflächenschutzfilm gebildet wird, der seitlich über den optischen Wellenleitergrat 14 aufgebracht ist, hat der erfindungsgemäße optische Modulator eine einfachere Struktur und ist leichter herzustellen als bisher.

Fig. 8 ist eine räumliche Ansicht einer Variante des optischen Modulators 10. Fig. 9 ist ein Schnitt entlang der Linie IX-IX durch den optischen Modulator in Fig. 8.

Der Schnitt entlang der Linie IXa-IXa in Fig. 8 ist der selbe wie in Fig. 2.

Obwohl nicht explizit wie der Oberflächenschutzfilm 16 in Fig. 1 gezeigt, wird ein Oberflächenoxidfilm 16 in Fig. 8 über dem gesamten Element unter einer p-Typ-Elek trode 22 und unter einer n-Typ-Elektrode 24 angenommen, mit Ausnahme der Stellen, an denen sie durch die Öffnun gen 18 und 20 in Kontakt mit den tieferen Schichten sind. Das Gleiche gilt für die in den Fig. 10, 11, 13, 23 und 24 gezeigten Strukturen.

In Fig. 8 bezeichnet das Bezugszeichen 46 einen op tischen Modulator, und 12a repräsentiert eine freigelegte Oberfläche eines InP-Substrats 12. Im optischen Modulator 10 wird der Ausläufer 26a der n-Typ-Deckschicht 26 nur über eine äußere Seite des optischen Wellenleitergrats erweitert gezeigt. Im optischen Modulator 26 erstreckt sich dagegen der Ausläufer 26a der n-Typ-Deckschicht 26 über beide äußere Seiten des optischen Wellenleitergrats 14.

Die Kapazität des Ausläufers 26a der n-Typ-Deck schicht 26 wächst nicht, solange sie nicht in einem Ge biet ist, in dem die p-Typ-Elektrode 22 gebildet wird. Somit kann sich der Ausläufer 26a über den Teil des Halb leitersubstrats erstrecken, der mit der n-Typ-Deckschicht 26 versehen ist. Anders als im Fall, in dem die n-Typ- Deckschicht vollständig entfernt wird, wird eine etwas grobere Maskenausrichtung toleriert, falls keine Interfe renz in dem Bereich auftritt, in dem die p-Typ-Elektrode 22 gebildet wird.

Fig. 10 ist eine räumliche Ansicht einer anderen Ab wandlung des optischen Modulators 10. In Fig. 10 steht das Bezugszeichen 48 für einen optischen Modulator, und 50 steht für eine n-InP-Schicht. Im optischen Modulator 48 kann die Entfernung eines Teils der n-Typ-Deckschicht 26 die n-InP-Schicht 50 über dem InP-Substrät 12 intakt lassen, solange die n-InP-Schicht 50 nicht elektrisch mit der n-Typ-Deckschicht 26 des optischen Wellenleitergrats 14 verbunden ist. Die p-Typ-Elektrode kann auf der n-InP- Schicht 50 gebildet werden.

Die zweite Ausführungsform der Erfindung wird gebil det, indem ein Halbleitersubstrat auf beiden Seiten eines optischen Wellenleitergrats freigelegt wird, und indem gleichförmige flache Teile von der Spitze des Grates über beide Seiten auf die Oberfläche des Halbleitersubstrats hinabreichen. Jedes der flachen Teile ist so angeordnet, dass es mit der freigelegten Oberfläche des Halbleiter substrats in Kontakt kommt. Über einem dielektrischen Film, der den optischen Wellenleitergrat bedeckt, wird eine erste Elektrode in engem Kontakt mit dem dielektri schen Film über die flachen Teile auf beiden Seiten des Grats gelegt, die sich von der Spitze des Grats nach un ten erstreckt. Die erste Elektrode wird weiter auf die freien Oberflächen des Halbleitersubstrats ausgeweitet, so dass die Enden der Elektrode auf beiden Seiten des op tischen Wellenleitergrats festgelegt sind.

Fig. 11 ist eine räumliche Ansicht eines optischen Modulators in der zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 12 ist ein Schnitt entlang der Linie XII-XII durch den optischen Modulator nach Fig. 11. Der Schnitt entlang der Linie XIIa-XIIa in Fig. 11 ist derselbe wie in Fig. 9. In Fig. 11 steht das Bezugszeichen 56 für einen opti schen Modulator, 12a für eine freigelegte Substratober fläche, auf der ein Anschlußfleck 22a einer p-Typ-Elek trode festliegt, und 12b für eine freie Substratoberflä che, wo ein weiteres Ende der p-Typ-Elektrode geschaffen wird.

In den Fig. 11 und 12 umfaßt ein optischer Wellen leitergrat 14 über einem Teil seiner zwei Flanken flache Teile 14a, die sich in einförmig flacher Weise von einer Kontaktschicht 32 zur Oberfläche eines InP-Substrats 12 erstrecken. Die flachen Teile 14a stehen in Kontakt mit den freigelegten Substratoberflächen 12a und 12b am Fuß des optischen Wellenleitergrats 14.

Auf der Spitze des optischen Wellenleitergrates 14 ist die p-Typ-Elektrode 22 durch eine Öffnung 18 mit ei ner Grundierungsmetallschicht 34 verbunden. Die p-Typ- Elektrode 22 reicht über einen Oberflächenschutzfilm 16 und entlang der ebenen Teile 14a auf beiden Seiten des optischen Wellenleitergrats 14 zum Fuß des Grats. Auf ei ner Seite des Grats 14 erstreckt sich die p-Typ-Elektrode über den Oberflächenschutzfilm 16 und bis zur freien Substratoberfläche 12a, wo der Anschlußfleck 22a gebildet wird. Auf der anderen Seite des Grats 14 wird das Ende 22b der p-Typ-Elektrode 22 auf der offenen Substratober fläche 12b festgelegt.

Die Schritte zur Herstellung des optischen Modulators 56 sind bis zu dem Ätzvorgang, durch den die n-Typ-Deck schicht 26 freigelegt wird, die gleichen wie die zur Her stellung des optischen Modulators der ersten Ausführungs form (siehe Fig. 5).

Beim Bilden des optischen Wellenleitergrats 14 wird ein Teil der freien n-Typ-Deckschicht 26 durch Ätzen von beiden Seiten des Grats 14 entfernt. Dies ergibt die ein förmig flachen Teile 14a über einem Teil der zwei seitli chen Bereiche des Grats, die von der Kontaktschicht 32 zur Oberfläche des InP-Substrats 12 reichen. Gleichzeitig werden diese freien Oberflächen 12a und 12b des InP- Substrats, die in Kontakt mit den flachen Teilen 14a ste hen, auf beiden Seiten des Grats 14 gebildet.

Danach wird ein SiO₂-Film, der als Schutzfilm 16 dient, auf einem Ausläufer 26a der n-Typ-Deckschicht 26, auf dem optischen Wellenleitergrat 14 und auf dem InP- Substrat 12 gebildet. Die Öffnungen 18 und 20 werden durch den Oberflächenschutzfilm 16 auf der Spitze des op tischen Wellenleitergrats und auf dem Ausläufer 26a der n-Typ-Deckschicht 26 gebildet.

Eine Resistschicht wird dann auf den Oberflächen schutzfilm 16 aufgetragen. Ein Resistmuster wird dann durch Entfernen des Resists sowohl von einem Bereich, der die Öffnung 20 bedeckt als auch von einem Bereich, der von der Spitze des optischen Wellenleitergrats 14 mit der Öffnung 18 über die beiden seitlichen ebenen Teile 14a bis zum Fuß des optischen Wellenleitergrats 14 hinab reicht und sich weiter auf die freien Oberflächen 12a und 12b des InP-Substrats 12 auf beiden Seiten des Grats 14 ausbreitet.

Über der gesamten Oberfläche werden durch Sputtern ein Ti-Film und ein Au-Film als Elektrodenschichten abge schieden. Mittels des Lift-Off-Verfahrens werden das Re sistmuster und die darauf gebildeten Elektrodenschichten entfernt.

Die obigen Schritte bilden die p-Typ-Elektrode 22, die durch die Öffnung 18 mit der Grundierungselektroden schicht 34 verbunden ist, über die zwei seitlichen ebenen Teile 14a von der Spitze des Wellenleitergrats 14 zu des sen Fuß reicht, wobei sie in engem Kontakt mit der Ober flächenschutzschicht 16 steht, und die sich weiter über die Oberflächenschutzschicht 16 zu den freien Oberflächen 12a und 12b des InP-Substrats 12 erstreckt, wo ein Ende der Elektrode 22 als Kontaktfleck 22a und das andere Ende als Ende 22b festgelegt ist. Die gleichen Schritte stel len eine n-Typ-Elektrode 24 her, deren eines Ende als Kontaktfleck im Bereich ausgebildet ist, der die Öffnung 20 umfaßt.

Das InP-Substrat wird dann auf eine Dicke von 100 µm geschliffen, was das optische Modulatorelement, das in den Fig. 11 und 12 gezeigt ist, vervollständigt.

Gemäß dem obigen Herstellverfahren werden die freien Oberflächen 12a und 12b des InP-Substrats 12 auf beiden Seiten des optischen Wellenleitergrats 14 gebildet. Die p-Typ-Elektrode 12 erstreckt sich über beide Flanken des Grats 14, so dass ein Ende der Elektrode auf der freige legten Oberfläche 12a und das andere Ende auf der freige legten Oberfläche 12b auf dem InP-Substrat 12 gebildet wird. Bei diesem Aufbau wächst die Elementkapazität des optischen Modulator nicht an, selbst wenn die Maskenaus richtung zur Herstellung der p-Typ-Elektrode nicht sehr genau ist. Durch die Verringerung der Abweichungen der Elementkapazität wird die Ausbeute der Produktion des op tischen Modulators verbessert.

Funktionell reicht es für ein Ende der p-Typ-Elek trode 22 aus, mit der Grundierungselektrode 34 durch die Öffnung 18 an der Spitze des optischen Wellenleitergrats 14 verbunden zu sein, und für das andere Ende der p-Typ- Elektrode 22, als Anschlußfleck 22a auf der freigelegten Oberfläche des InP-Substrats 12 gebildet zu werden. Die p-Typ-Elektrode auf nur einer Seite des optischen Wellen leitergrats 14 auszubilden verlangt jedoch, dass die Ge nauigkeit der Maskenausrichtung erhöht wird. Herkömmlich geschieht es oft, dass bei der Bildung der p-Typ-Elek trode auf beiden Seiten des optischen Wellenleitergrats 14 ein Ende der Elektrode 22 als Anschlußfleck 22a über dem Oberflächenschutzfilm 16 auf der freigelegten Ober fläche des InP-Substrats 12 ausgebildet wird, während das andere Ende der Elektrode 22 unerwarteterweise auf dem Ausläufer 26a der n-Typ-Deckschicht 26 über dem Oberflä chenschutzfilm 16 gebildet wird. Dies ergibt einen Kon densator, in dem Polplatten einander getrennt durch den dünnen Oberflächenschutzfilm 16 gegenüberliegen. Diese gegen Nichterfüllung der kapazitiven Anforderungen anfäl lige Struktur führt häufig zu verstärkten Elementkapazi tätsschwankungen von einem optischen Modulator zum nächs ten. Die Tendenz trug dazu bei, die Ausbeute der opti schen Modulatorherstellung zu verringern.

Im optischen Modulator 56 nach der zweiten Ausfüh rungsform wird das andere Ende 22b der Elektrode 22, d. h., nicht der Anschlußfleck 22a, auf der freigelegten Oberfläche 12b des InP-Substrats 12 gebildet. Diese An ordnung verringert die Kapazität des Endes 22b. Wenn die Elementkapazität so am Wachsen gehindert wird, verringern sich die Elementkapazitätsschwankungen und die Ausbeute des optischen Modulators erhöht sich entsprechend. Weil das Maskenausrichten einfach durchzuführen ist, vereinfa chen sich die benötigten Herstellschritte. Dies verrin gert wiederum die Herstellkosten des optischen Modula tors.

Die dritte Ausführungsform des optischen Modulators wird gebildet, indem zunächst ein Teil des Halbleiter substrats vor dem epitaktischen Wachstum zur Herstellung eines optischen Wellenleitergrats durch Ätzen gefurcht wird. Eine leitfähige Schicht wird im gefurchten Bereich vergraben. Auf einem Teil der leitfähigen Schicht wird durch epitaktisches Wachstum ein optischer Wellenleiter grat gebildet. Ein Verbindungsfleck einer p-Typ-Elektrode wird auf einer freigelegten Oberfläche des Halbleiter substrats gebildet, und eine n-Typ-Elektrode wird auf der leitfähigen Schicht gebildet.

Fig. 13 ist eine räumliche Ansicht eines optischen Modulators in der dritten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 14 ist ein Schnitt entlang der Linie XIV-XIV in Fig. 13. Fig. 15 ist ein anderer Schnitt entlang der Linie XV-XV in Fig. 13.

In den Fig. 13, 14 und 15 bezeichnet das Bezugszei chen 66 einen optischen Modulator, und 68 steht für eine n-InP-Schicht, die als die leitfähige Schicht wirkt. Die n-InP-Schicht ist so angeordnet, dass sie ungefähr die Hälfte des InP-Substrats 12 bedeckt. Auf der n-InP- Schicht 68 wird ein optischer Wellenleitergrat 14 abge schieden. Eine Seite des optischen Wellenleitergrats 14 steht in Kontakt mit einer freigelegten Oberfläche 12a des InP-Substrats 12 und eine andere Seite des Grats 14 steht in Kontakt mit einer freigelegten Oberfläche der n- InP-Schicht 68.

Eine p-Typ-Elektrode 22 erstreckt sich von der Spitze des optischen Wellenleitergrats 14 zu der Seite, die in Kontakt mit der freigelegten Oberfläche 12a des InP- Substrats 12 steht. Die p-Typ-Elektrode 22 erstreckt sich weiter über einen Gratoberflächenschutzfilm 16 auf die freigelegte Oberfläche 12a des Substrats 12, wo ein Ende der Elektrode 22 als ein Anschlußfleck 22a festgelegt ist.

Die n-Typ-Elektrode wird durch eine Öffnung 20 auf der freigelegten Oberfläche der n-InP-Schicht 68 gebil det.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung des optischen Modulator 66 wird nun beschrieben. Die Fig. 16, 17, 18, 19 und 20 sind Schnitte eines optischen Modu latorelements in verschiedenen Herstellschritten.

Ein isolierender Film, beispielsweise ein SiO₂-Film, wird zuerst über der Oberfläche des InP-Substrats 12 ge bildet. Ein Maskenmuster 70 wird durch Entfernen des iso lierenden Films von dem Bereich, auf dem die n-InP- Schicht 68 geschaffen wird, hergestellt. Mit dem Masken muster 70 als einer Maske wird das InP-Substrat 12 ge ätzt, um einen gefurchten Teil zu bilden. Das Maskenmus ter 70 wird dann als eine selektive Wachstumsmaske ge nutzt, durch die die n-InP-Schicht 68 durch verdecktes Wachstum gebildet wird (siehe Fig. 16).

Auf dem InP-Substrat werden durch epitaktisches Wachstum eine n-InP-Schicht 26, die eine n-Typ-Deck schicht bildet, eine optische Absorptionsschicht 28 mit einer MQW-Struktur aus InGaAsP/InGaAs(P)-Materialien, ei ne p-InP-Schicht, die eine p-Typ-Deckschicht 30 bildet, und eine p-InGaAs-Schicht, die als Kontaktschicht 32 dient, gebildet (siehe Fig. 17).

Eine Resistschicht wird über die ganze Oberfläche aufgetragen. Durch eine photolithographischen Vorgang wird ein Resistmuster 38 gebildet, das eine 2-3 µm breite streifenförmige Öffnung in Richtung des optischen Wellen leiters aufweist. Auf dem Resistmuster 38 werden durch Sputtern Ti-, Pt- und Au-Schichten abgeschieden, um eine Grundierungselektrodenschicht 34 zu bilden. Das Resist muster 38 wird dann durch das Lift-Off-Verfahren in einer Weise entfernt, die die streifenförmige Grundierungselek trodenschicht 34 intakt läßt. Ein dielektrischer Film wie ein SiO₂-Film wird von neuem gebildet, um die streifen förmige Grundierungselektrodenschicht 34 zu bedecken. Während das Muster des streifenförmigen dielektrischen Films 40 intakt bleibt, werden die restlichen Teile durch Ätzen entfernt. Mit dem dielektrischen Film, der als eine gratbildende Maske genutzt wird, werden die Schichten durch Trockenätzen in solcher Weise entfernt, dass das InP-Substrat 12 auf der einen Seite des Grats 14 frei liegt, während die n-InP-Schicht auf der anderen Seite des Grats 14 freiliegt (siehe Fig. 18).

Dann wird ein SiO₂-Film, der den Oberflächenschutz film 16 bildet, über der n-InP-Schicht 68, dem optischen Wellenleitergrat 14 und dem InP-Substrat 12 gebildet (Siehe Fig. 19). Durch den Oberflächenschutzfilm 16 wer den die Öffnungen 18 und 20 auf der Spitze des optischen Wellenleitergrats und auf der n-InP-Schicht 68 gebildet (siehe Fig. 20). Danach wird eine Resistbeschichtung auf den Oberflächenschutzfilm 16 aufgebracht. Ein Resistmus ter wird gebildet, indem das Resist von einem Bereich entfernt wird, der die Öffnung 20 umfasst, sowie von ei nem Bereich, der sich von der Spitzenoberfläche des opti schen Wellenleitergrats 14, die die Öffnung 18 umfasst, über das ebene Teil 14a zum Fuß des Grats 14 und weiter auf eine freigelegte Oberfläche 58 des InP-Substrats 12 erstreckt. Auf der gesamten Oberfläche werden ein Ti-Film und ein Au-Film als Elektrodenschichten durch Sputtern abgeschieden. Durch Verwenden des Lift-Off-Verfahrens werden das Resistmuster und die darauf gebildeten Elek trodenschichten entfernt.

Die obigen Schritte bilden die p-Typ-Elektrode 22, die mit der Grundierungselektrodenschicht 34 durch die Öffnung 18 verbunden ist, die sich über das seitliche ebene Teil 14a von der Spitzenoberfläche des optischen Wellenleitergrats 14 zu dessen Fuß erstreckt, wobei sie in engem Kontakt mit dem Oberflächenschutzfilm 16 steht, und die sich weiter über den Oberflächenschutzfilm 16 zur freigelegten Oberfläche des InP-Substrats 12 erstreckt, wo ein Ende der Elektrode 22 als der Anschlußfleck 22a festgelegt ist. Dieselben Schritte stellen die n-Typ- Elektrode her, deren eines Ende als ein Anschlußfleck im Gebiet ausgebildet ist, das die Öffnung 20 umfasst. Das InP-Substrat wird dann auf eine Dicke von I00 µm ge schliffen, was das in den Fig. 13, 14 und 15 gezeigte op tische Modulatorelement vervollständigt.

Gemäß dem obigen Verfahren zur Herstellung des opti schen Modulators 66 ist es nicht notwendig, den Ausläufer 26a der n-Typ-Deckschicht 26 zu bilden, die als leitende Schicht genutzt wird. Das heißt, dass es während der Her stellung des optischen Wellenleitergrats 14 nicht nötig ist, die n-Typ-Deckschicht 26 intakt zu halten und dann den Teil der n-Typ-Deckschicht 26 zu entfernen, in dem die p-Typ-Elektrode 22 liegt. Das optische Modulatorele ment kann daher leichter als bisher hergestellt werden.

Im optischen Modulator 66 wird die freie Oberfläche des InP-Substrats 12 nur auf einer Seite des optischen Wellenleitergrats 14 bereitgestellt. Alternativ können ebene Teile, in den Schichten verdeckt wachsen, geschaf fen werden, so dass freie Oberflächen des InP-Substrats 12 auf beiden Seiten des optischen Wellenleitergrats 14 verbleiben. Wie im optischen Modulator der zweiten Aus führungsform kann die p-Typ-Elektrode 22 durch die Öff nung 18 mit der Grundierungselektrode 34 in Kontakt ge bracht werden. Die p-Typ-Elektrode 22 kann über die bei den ebenen Teile 14a von der Spitzenoberfläche des opti schen Wellenleitergrats 14 zu dessen Fuß hinabreichen, wobei sie in engem Kontakt mit dem Oberflächenschutzfilm 16 steht. Die Elektrode 22 kann sich weiter über den Oberflächenschutzfilm 16 auf beiden Seiten des optischen Wellenleitergrats 14 über die freien Oberflächen des InP- Substrats 12 in solcher Weise erstrecken, dass ein Ende der Elektrode 22 als Anschlußfleck 22a und das andere En de als die Kante 22b ausgebildet sein kann. In einer der artigen Struktur erhöht eine etwas grobere Maskenausrich tung zur Herstellung der p-Typ-Elektrode 22 nicht die Elementkapazität des optischen Modulators. Mit so redu zierten Elementkapazitätsabweichungen erhöht sich demge mäß die Ausbeute bei der Herstellung der optischen Modu latoren. Daraus ergeben sich verringerte Herstellkosten für den optischen Modulator.

Obwohl gezeigt wird, dass die n-InP-Schicht der obi gen dritten Ausführungsform durch verdecktes Wachstum ge bildet wird, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Alternativ kann die n-InP-Schicht einfacher durch eine n- Dotierung mit Si- oder S-Ionen, die in das Substrat im plantiert oder eindiffundiert werden, hergestellt werden. Dies erlaubt die Herstellung eines günstigeren optischen Modulators.

Die vierte Ausführungsform dieser Erfindung wird ge bildet, indem ein Dielektrikum an einem Fuß eines opti schen Wellenleitergrats und zwischen einem Oberflächen schutzfilm und einer p-Typ-Elektrode erstellt wird. Fig. 21 ist ein Schnitt eines optischen Modulators gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung. Der Schnitt ent spricht beispielweise dem im entlang der Linie II-II in Fig. 1. Abgesehen vom Vorhandensein des Dielektrikums ist die vierte Ausführungsform strukturell gleich dem opti schen Modulator 10 der ersten Ausführungsform.

In Fig. 21 bezeichnet das Bezugszeichen 78 SOG (Spin- On-Glas) das als Dielektrikum verwendet wird. Das SOG 78 kann beispielsweise durch Polyimid ersetzt werden.

Eine p-Typ-Elektrode wird seitlich an einem optischen Wellenleitergrat 14 über einem Oberflächenschutzfilm 16 geschaffen. Wenn angenommen wird, dass eine n-Typ-Deck schicht 1 µm dick ist, dass eine p-Typ-Elektrode 22 10 µm breit ist und dass der Oberflächenschutzfilm 16 0,2 µm dick ist, dann hat der Bereich, wo die p-Typ-Elektrode 22 durch den Oberflächenfilm 16 gegenüber der n-Typ-Deck schicht 26 positioniert ist, eine Kapazität von ungefähr 5 fF, was nicht zu vernachlässigen ist.

Der Fehler kann durch rotierendes Auftragen einer dielektrischen Substanz wie SOG auf das Element nach der Bildung des optischen Wellenleitergrats 14 und dessen Ab deckung mit dem Oberflächenschutzfilm 16 umgangen werden. Das SOG 78 wird so über dem Oberflächenschutzfilm 16 am Fuß des optischen Wellenleitergrats 14 aufgetragen.

Wird das SOG 78 zwischen den Oberflächenschutzfilm 16 und die p-Typ-Elektrode 22 gebracht, erhöht sich der Ab stand zwischen den Polplatten einer Kondensatorstruktur, die durch den interessierenden Bereich gebildet wird. Diese Anordnung verringert die Kapazität des Bereichs, was wiederum die Elementkapazität verringert und zur Ver besserung der Hochgeschwindigkeitscharakteristik des op tischen Modulators beiträgt.

Obwohl diese Eigenschaft der vierten Ausführungsform mit Bezug auf den optischen Modulator 10 der ersten Aus führungsform beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Eigenschaft kann mit gleichen Er gebnissen auch auf optische Modulatoren der anderen bis her beschriebenen Ausführungsformen angewendet werden.

Die fünfte Ausführungsform dieser Erfindung wird durch Einbau einer Hochwiderstands-Halbleiterschicht, die dünner als ein optischer Wellenleitergrat ist, zwischen eine Seite des Grats und einen dielektrischen Film gebil det. Fig. 22 ist ein Schnitt eines optischen Modulators gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung. Der Schnitt entspricht beispielsweise dem entlang der Linie II-II in Fig. 1. Abgesehen vom Vorhandensein der Hochwi derstands-Halbleiterschicht ist die fünfte Ausführungs form strukturell gleich wie der optische Modulator 10 der ersten Ausführungsform.

In Fig. 22 bezeichnet das Bezugszeichen 80 einen op tischen Modulator, und 82 steht für eine Fe-dotierte InP- Schicht, die als die Hochwiderstands-Halbleiterschicht dient. Die Fe-dotierte InP-Schicht 82 wird als Schutz schicht seitlich über den optischen Wellenleitergrat ge bildet. Die Schicht 82 hat eine Dicke, die die des opti schen Wellenleitergrats nicht übersteigt, beispielsweise zwischen 0,01 µm und 0,3 µm und bevorzugt zwischen 0,01 µm und 0,1 µm.

Der optische Modulator der fünften Ausführungsform enthält ebenso wie die bisher beschriebenen Ausführungs formen keine Hochwiderstands-Halbleiterschicht, die dic ker ist als der optische Wellenleitergrat 14 entlang ei ner seiner Seiten. Im optischen Modulatorelement wird Licht durch eine Differenz der Brechzahlen zwischen der Substanz, die den optischen Wellenleitergrat 14 bildet und dem ihn umgebenden Raum kreuzweise eingeschlossen bzw. totalreflektiert. Wenn die Fe-dotierte InP-Schicht 82 dünner als der optische Modulatorgrat 14, aber dicker als 0,3 µm ist, kann die Form des Laserstrahls instabil werden. Der Fehler wird umgangen, indem eine Fe-dotierte InP-Schicht 82 bereitgestellt wird, deren Dicke deutlich geringer als der Grat des optischen Modulators ist. Die Struktur hilft, den optischen Wellenleitergrat 14 zu schützen und erhöht dessen Zuverlässigkeit.

Obwohl die Eigenschaften der fünften Ausführungsform mit Bezug auf den optischen Modulator 10 der ersten Aus führungsform beschrieben werden, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Eigenschaft kann ebenso auf opti sche Modulatoren der anderen bisher beschriebenen Ausfüh rungsformen angewendet werden und schafft dabei die glei chen Ergebnisse.

Die sechste Ausführungsform dieser Erfindung bildet eine Halbleiterlasereinrichtung, die mit einem erfin dungsgemäßen optischen Modulator ausgestattet ist, wobei beide Einrichtungen auf dem gleichen Substrat angebracht sind. Fig. 23 ist eine räumliche Ansicht einer Halblei terlasereinrichtung mit einem optischen Modulator gemäß der sechsten Ausführungsform der Erfindung. In Fig. 23 steht das Bezugszeichen 84 für eine mit einem optischen Modulator ausgestattete Halbleiterlasereinrichtung, 86 für eine Laserdiode vom DFB-Typ und 88 für einen opti schen Modulator.

Der optische Modulator 88 und die Laserdiode 86 vom DFB-Typ werden auf ein gemeinsames InP-Substrat aufge bracht, um eine mit einem optische Modulator ausgestat tete Halbleiterlasereinrichtung zu bilden. Eine optische Absorptonsschicht 28 und eine (nicht gezeigte) aktive Schicht der Laserdiode 86 vom DFB-Typ werden entlang der selben optischen Achse im Optischen Modulator 88 ausge richtet. Die Verwendung des optischen Modulators 88 nach einer der oben beschriebenen ersten bis fünften Ausfüh rungsformen dabei schafft eine mit einem optischen Modu lator ausgestattete Halbleiterlasereinrichtung, die eine exzellente Hochgeschwindigkeitscharakteristik bietet.

Die mit einem optischen Modulator ausgestattete Halb leiterlasereinrichtung nach der sechsten Ausführungsform hat eine monolithische Struktur, die eine kleine und sehr verläßliche photonische Halbleiterlasereinrichtung bil det. Die in Fig. 23 gezeigte mit einem optischen Modula tor ausgestattete Halbleiterlasereinrichtung wird unter Nutzung des optischen Modulators 10 der ersten Ausfüh rungsform hergestellt. Fig. 24 ist eine räumliche Ansicht einer Variante der in Fig. 23 gezeigten sechsten Ausfüh rungsform.

In Fig. 24 steht das Bezugszeichen 90 für eine mit einem optischen Modulator ausgestattete Halbleiterlaser einrichtung, 86 für eine Laserdiode vom DFB-Typ und 88 für einen optischen Modulator. Die in Fig. 90 gezeigte mit einem optischen Modulator ausgestattete Halbleiterla sereinrichtung wird unter Nutzung des optischen Modula tors 56 der zweiten Ausführungsform gebildet. Diese Vari ante der sechsten Ausführungsform arbeitet ebenso als ei ne mit einem optischen Modulator ausgestattete Halblei terlasereinrichtung, die eine exzellente Hochleistungs charakteristik bietet.

Obwohl oben der optische Modulator und die Halblei terlasereinrichtung als integriert auf einem gemeinsamen Substrat aufgebaut gezeigt wurden, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Alternativ können die beiden Einrichtungen separat hergestellt werden und dann ihre optischen Achsen geeignet zueinander auf einem Montage brett ausgerichtet werden, und der Effekt ist derselbe.

Alles in allem schafft der erfindungsgemäße optische Modulator und das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstel lung des optischen Modulators in den oben beschriebenen Herstellschritten die folgenden wesentlichen Vorteile:
Die Erfindung schafft einen optischen Modulator, der Folgendes umfasst: Ein halbisolierendes Halbleiter substrat mit einer Hauptebene, die teilweise eine freige legte Oberfläche beinhaltet; einen optischen Wellenlei tergrat, der auf diesem Halbleitersubstrat aufgebracht ist und der eine erste Deckschicht eines ersten Leitungs typs, eine optische Absorptionsschicht und eine zweite Deckschicht eines zweiten Leitungstyps enthält, wobei der optische Wellenleitergrat weiterhin eine Seite aufweist, an der sich ein flacher Teil gleichförmig von einer Spit ze des Grats zum Halbleitersubstrat erstreckt und in Kon takt mit der freigelegten Oberfläche des Halbleiter substrats ist; einen dielektrischen Film, der den opti schen Wellenleitergrat und das Halbleitersubstrat be deckt, und der eine erste Öffnung an der Spitze des Wel lenleitergrats und eine zweite Öffnung auf einem Bereich des Halbleitersubstrats außer der freigelegten Oberfläche aufweist; eine erste Elektrode, die auf dem dielektri schen Film abgeschieden ist und durch die erste Öffnung an der Spitze des optischen Wellenleitergrats aufgebracht ist, wobei sich die erste Elektrode weiter auf dem fla chen Teil des optischen Wellenleitergrats erstreckt und in engem Kontakt mit einer Oberfläche des dielektrischen Films steht und wobei ein Ende der ersten Elektrode durch die freigelegte Oberfläche des Halbleitersubstrats auf dem Halbleitersubstrat festgelegt ist; und eine zweite Elektrode, die auf dem Halbleitersubstrat abgeschieden und durch die zweite Öffnung des dielektrischen Films mit der ersten Deckschicht verbunden ist. Die erfindungsge mäße Struktur verringert die Kapazität des Anschlußflecks der ersten Elektrode, wodurch ein optischer Modulator mit hervorragender Hochgeschwindigkeitsleistung gebildet wird.

In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Struktur hat das Halbleitersubstrat auf beiden Seiten des optischen Wellenleitergrats freigelegte Oberflächen, der optische Wellenleitergrat hat jeweils den flachen Teil auf beiden Seiten und die erste Elektrode erstreckt sich über beide Seiten des optischen Wellenleitergrats, wobei zwei Enden der ersten Elektrode jeweils auf den freien Oberflächen des Halbleitersubstrats angeordnet sind. Die bevorzugte Struktur verringert Kapazitätsvariationen durch die erste Elektrode von einem Modulatorelement zum nächsten. Dies hilft, die Schwankungen der Elementkapazität zu verrin gern und trägt dazu bei, eine verbesserte Ausbeute bei der Herstellung der optischen Modulatoren zu erhalten.

In einer anderen bevorzugten erfindungsgemäßen Struk tur erstreckt sich die erste Deckschicht weiter bis zu einem Bereich des Halbleitersubstrats, der außerhalb des optischen Wellenleitergrats liegt, ausgenommen den Be reich, in dem die erste Elektrode liegt. Die bevorzugte Struktur vereinfacht die Maskenausrichtung bei der Her stellung der freigelegten Oberflächen des Halbleiter substrats, wodurch ein optischer Modulator zu geringeren Kosten hergestellt wird.

In einer weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Struktur kann die zweite Elektrode durch die zweite Öff nung auf dem Ausläufer der ersten Deckschicht festgelegt sein. Diese Struktur vereinfacht es, die zweite Elektrode mit der ersten Deckschicht zu verbinden, wodurch ein ein fach aufgebauter optischer Modulator geschaffen wird.

In noch einer weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform kann der optische Modulator zudem ein Dielektrikum umfassen, das zwischen dem dielektrischen Film und der ersten Elektrode und am Fuß des optischen Wellenleitergrats liegt und einen Bereich umfaßt, in dem das flache Teil des Grats mit der freigelegten Oberfläche des Halbleitersubstrats in Kontakt ist. Die bevorzugte Struktur verringert die Kapazität zwischen der ersten Elektrode und der ersten Deckschicht entlang einer Seite des optischen Wellenleitergrats, wodurch die gesamte Ele mentkapazität verringert wird. Dadurch wird ein optischer Modulator mit hervorragender Hochgeschwindigkeitscharak teristik gebildet.

In noch einer weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform kann der optische Modulator weiterhin ei ne leitfähige Schicht des ersten Leitungstyps aufweisen, die über einen Teil des Halbleitersubstrats gelegt wurde, der einen Bereich unter dem optischen Wellenleitergrat beinhaltet und den Bereich, in dem die erste Elektrode geschaffen wird, ausschließt, wobei die zweite Elektrode durch die zweite Öffnung des dielektrischen Films auf der Halbleiterschicht gebildet wird. Dies schafft einen ein fach strukturierten optischen Wellenleitergrat und hilft so, einen günstigen optischen Modulator zu bilden.

In noch einer weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform kann der optische Modulator weiter eine hochresistive Halbleiterschicht aufweisen, die zwischen einer Seite des optischen Wellenleitergrats und dem di elektrischen Film liegt, wobei die hochresistive Halblei terschicht dünner als der optische Wellenleitergrat ist. Die bevorzugte Struktur verstärkt den Schutz der Oberflä che des optischen Wellenleitergrats, wodurch ein höchst verlässlicher optischer Modulator geschaffen wird.

Weiterhin schafft die Erfindung eine photonische Halbleitereinrichtung, die Folgendes umfaßt: Einen opti schen Modulator, der ein halbisolierendes Halbleiter substrat mit einer Hauptebene hat, die eine teilweise freigelegte Oberfläche beinhaltet; einen optischen Wel lenleitergrat, der auf dem Halbleitersubstrat angeordnet ist und eine erste Deckschicht eines ersten Leitungstyps, eine optische Absorptionsschicht und eine zweite Deck schicht eines zweiten Leitungstyps beinhaltet, wobei der optische Wellenleitergrat weiterhin eine Seite mit einem flachen Teil aufweist, das sich gleichförmig von einer Spitze des Grats zum Halbleitersubstrat erstreckt, wobei das flache Teil mit der freigelegten Oberfläche des Halb leitersubstrats in Kontakt steht, zudem einen dielektri schen Film, der den optischen Wellenleitergrat und das Halbleitersubstrat bedeckt und der eine erste Öffnung hat, die an der Spitze des optischen Wellenleitergrats liegt, und eine zweite Öffnung, die in einem Bereich des Halbleitersubstrats außerhalb der freigelegten Oberfläche liegt, zudem eine erste Elektrode, die auf dem dielektri schen Film angeordnet ist und durch die erste Öffnung auf der Spitze des optischen Wellenleitergrats sitzt, wobei sich die erste Elektrode weiter auf das flache Teil des optischen Wellenleitergrats erstreckt und in engem Kon takt mit einer Oberfläche des dielektrischen Films steht, die erste Elektrode hat ferner ein Ende auf dem Halblei tersubstrat durch dessen freigelegte Oberfläche festge legt, und eine zweite Elektrode, die auf dem Halbleiter substrat angeordnet und durch die zweite Öffnung des Di elektrikums mit der ersten Deckschicht verbunden ist; und eine Halbleiterlasereinrichtung, deren optische Achse zu der optischen Absorptionsschicht des optischen Modulators ausgerichtet ist. Die Erfindung schafft so eine photoni sche Halbleitereinrichtung mit hervorragenden Hochfre quenzeigenschaften.

In einer bevorzugten Struktur der photonischen Halb leitereinrichtung kann die Halbleiterlasereinrichtung ei ne Einrichtung vom Grattyp sein, die einen optischen Wel lenleitergrat hat, der auf einem halbisolierenden Halb leitersubstrat angeordnet ist, wobei die Halbleiterlaser einrichtung und der optische Modulator auf demselben Substrat montiert werden. Die Anordnung, die die photoni sche Halbleitereinrichtung bildet, ergibt eine monolithi sche Struktur, die klein und höchst verläßlich ist.

Weiter schafft die Erfindung ein Verfahren zum Her stellen eines optischen Modulators, das folgende Schritte umfaßt: Zuerst Bilden einer ersten Deckschicht eines ers ten Leitungstyps, einer optischen Absorptionsschicht, und einer zweiten Deckschicht eines zweiten Leitungstyps auf einem halbisolierenden Halbleitersubstrat; zweitens Bil den einer freigelegten Oberfläche des Halbleitersubstrats sowie eines optischen Wellenleitergrats, der eine Seite mit einem ebenen Teil aufweist, der sich gleichförmig von einer Spitze des Grats bis zum Halbleitersubstrat er streckt, wobei der flache Teil in Kontakt mit der freige legten Oberfläche des Halbleitersubstrats gebracht wird, durch Photolithographie und Ätzen; drittens Bilden eines dielektrischen Films über dem Substrat und einer ersten und zweiten Öffnung durch den Film, wobei die erste Öff nung auf der Spitze des Grats und die zweite Öffnung in einem Bereich des Halbleitersubstrats außerhalb der frei gelegten Oberfläche geschaffen wird; viertens Bilden ei ner ersten Elektrode durch die erste Öffnung auf der Spitze des optischen Wellenleitergrats in solcher Weise, dass die erste Elektrode sich über den flachen Teil des optischen Wellenleitergrats erstreckt, während sie in en gem Kontakt mit einer Oberfläche des dielektrischen Films ist, und ein Ende der ersten Elektrode weiterhin durch dessen freigelegte Oberfläche auf dem Halbleitersubstrat gebildet wird; und fünftens Bilden einer zweiten Elek trode, die mit der ersten Deckschicht durch die zweite Öffnung des dielektrischen Films verbunden ist. Das er findungsgemäße Verfahren erlaubt die Herstellung eines optischen Modulators mit einer verringerten Elementkapa zität mit vereinfachten Schritten, wodurch ein preiswer ter optischer Modulator mit ausgezeichneten Hochgeschwin digkeitseigenschaften geschaffen wird.

In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der zweite Schritt das Bilden freier Oberflächen des Halbleitersubstrats auf beiden Seiten des optischen Wellenteitergrats ebenso wie des flachen Teils jeweils auf beiden Seiten des optischen Wellenleitergrats beinhalten und der vierte Schritt kann beinhalten, dass sich die erste Elektrode über beide Seiten des optischen Wellenleitergrats erstreckt und dass zwei Seiten der ers ten Elektrode jeweils auf freien Oberflächen des Halblei tersubstrats gebildet werden. Dieses bevorzugte Verfahren vereinfacht die Maskenausrichtung beim Bilden der ersten Elektrode und trägt dazu bei, eine verbesserte Ausbeute bei der Herstellung des optischen Modulators zu verrin gerten Kosten zu erzielen.

In einer anderen bevorzugten Variante des erfindungs gemäßen Verfahrens kann vor dem ersten Schritt der Schritt des Bildens einer leitfähigen Schicht vom ersten Leitungstyp über einen Teil des halbisolierenden Halblei tersubstrats stehen; der zweite Schritt kann das Bilden einer freigelegten Oberfläche der leitenden Schicht wäh rend des Bildens der freigelegten Oberfläche des Halblei tersubstrats beinhalten; und der fünfte Schritt kann das Bilden der zweiten Elektrode auf der leitfähigen Schicht durch die zweite Öffnung beinhalten. Das bevorzugte Ver fahren erlaubt es, gleichzeitig sowohl den optischen Wel lenleitergrat als auch die Bereiche, in denen die ersten und zweiten Elektroden gebildet werden, zu schaffen. Dies vereinfacht die Schritte der Herstellung des Elements, wodurch ein kostengünstiger optischer Modulator geschaf fen wird.

Die Beschreibung der derzeit bevorzugten Elemente dient nur dem Zweck der Verdeutlichung und verschiedene Änderungen und Modifikationen der Erfindung sind möglich, ohne vom Kern der Erfindung gemäß den beigefügten Ansprü chen abzuweichen.

Zusammenfassend zeigt die Erfindung Folgendes:
Ein optischer Wellenleitergrat 14 hat eine Seite mit einem ebenen Teil 14a, das gleichförmig von einer Spitze des Grates zu einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats 12 reicht, wobei das ebene Teil 14a mit einer freigeleg ten Oberfläche des Substrats 12 in Kontakt ist. Eine p- Typ-Elektrode 22 reicht von der Spitze des optischen Wel lenleitergrats 14 hinab und ist in engem Kontakt mit ei nem dielektrischen Film 16, mit dem der ebene Teil 14a des optischen Wellenleitergrats 14 versehen ist. Die p- Typ-Elektrode 22 reicht weiter über den dielektrischen Film 16 zur freigelegten Oberfläche des Halbleiter substrats 12, wo ein Ende der Elektrode 22 als Anschluß fleck 22a ausgebildet ist.

Claims

1. Optischer Modulator (10, 46, 48, 56, 66), der Fol gendes umfasst:
Ein halbisolierendes Halbleitersubstrat (12), mit einer Hauptebene, die teilweise eine freie Oberfläche (12a) enthält;
einen optischen Wellenleitergrat (14), der auf dem Halb leitersubstrat angeordnet ist und der eine erste Deck schicht (26) eines ersten Leitungstyps, eine optische Ab sorptionsschicht (28) und eine zweite Deckschicht (30) eines zweiten Leitungstyps beinhaltet, wobei der optische Wellenleitergrat weiterhin eine Seite mit einem flachen Teil (14a) aufweist, der gleichförmig von einer Spitze des Grats zum Halbleitersubstrat hinabreicht, wobei das flache Teil mit der freigelegten Oberfläche des Halblei tersubstrats in Kontakt ist;
einen dielektrischen Film (16), der den optischen Wellen leitergrat und das Halbleitersubstrat bedeckt und der ei ne erste Öffnung (18) auf der Spitze des optischen Wel lenleitergrats und eine zweite Öffnung (20) in einem Be reich des Halbleitersubstrats außerhalb der freigelegten Oberfläche hat;
eine erste Elektrode (22), die auf dem dielektrischen Film angeordnet und durch die erste Öffnung auf der Spit ze des optischen Wellenleitergrats montiert ist, wobei die erste Elektrode weiter auf das flache Teil des opti schen Wellenleitergrats reicht und gleichzeitig in engem Kontakt mit einer Oberfläche des dielektrischen Films steht, wobei weiterhin ein Ende der ersten Elektrode (22a) durch die freie Oberfläche des Halbleitersubstrats darauf festgelegt ist; und
eine zweite Elektrode (24), die auf dem Halbleiter substrat angeordnet und mit der ersten Deckschicht durch die zweite Öffnung des dielektrischen Films verbunden ist.

2. Optischer Modulator nach Anspruch 1, wobei das Halb leitersubstrat freigelegte Oberflächen (12a, 12b) auf beiden Seiten des optischen Wellenleitergrats aufweist, wobei der optische Wellenleitergrat das flache Teil je weils auf beiden Seiten aufweist und wobei die erste Elektrode über beide Seiten des optischen Wellenleiter grats reicht, während zwei Enden (22a, 22b) der ersten Elektrode jeweils auf der freigelegten Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet sind.

3. Optischer Modulator gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Deckschicht weiter auf einen Bereich des Halb leitersubstrats reicht, der außerhalb des optischen Wel lenleitergrats liegt und den Bereichs, in dem die erste Elektrode liegt, ausschließt.

4. Optischer Modulator nach Anspruch 3, wobei die zwei te Elektrode durch die zweite Öffnung auf dem Ausläufer der ersten Deckschicht angeordnet ist.

5. Optischer Modulator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, der weiterhin ein Dielektrikum (78) umfaßt, das zwi schen dem dielektrischen Film und der ersten Elektrode sowie am Fuß des optischen Wellenleitergrats liegt, in klusive eines Bereichs, in dem das flache Teil des Grats in Kontakt mit der freigelegten Oberfläche des Halblei tersubstrats ist.

6. Optischer Modulator nach Anspruch 1, der weiterhin eine leitfähige Schicht (68) des ersten Leitungstyps um faßt, die über einem Teil des Halbleitersubstrats ange ordnet ist, der einen Bereich unter dem optischen Wellen leitergrat beinhaltet und den Bereich, in dem die erste Elektrode geschaffen wird, ausschließt, wobei die zweite Elektrode auf der Halbleiterschicht durch die zweite Öff nung des dielektrischen Films gebildet wird.

7. Optischer Modulator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, der weiterhin eine Hochwiderstands-Halbleiterschicht zwischen einer Seite des optischen Wellenleitergrats und dem dielektrischen Film aufweist, wobei die Hochwider stands-Halbleiterschicht (82) dünner als der optische Wellenleitergrat ist.

8. Photonische Halbleitereinrichtung (84, 90), die Fol gendes umfaßt:
einen optischen Modulator, der aufweist:
ein halbisolierendes Halbleitersubstrat (12) mit einer Hauptoberfläche, die teilweise eine freie Oberfläche ent hält,
einen optischen Wellenleitergrat (14), der auf dem Halb leitersubstrat angeordnet ist und der eine erste Deck schicht eines ersten Leitungstyps, eine optische Absorp tionsschicht und eine zweite. Deckschicht eines zweiten Leitungstyps beinhaltet, wobei der optische Wellenleiter grat weiterhin eine Seite mit einem flachen Teil hat, das gleichförmig von einer Spitze des Wellenleitergrats bis zum Halbleitersubstrat reicht, wobei das flache Teil mit der freigelegten Oberfläche des Halbleitersubstrats in Kontakt steht,
einen dielektrischen Film (16), der den optischen Wellen leitergrat und das Halbleitersubstrat bedeckt und der ei ne erste Öffnung an der Spitze des optischen Wellenlei tergrats und eine zweite Öffnung in einem Bereich des Halbleitersubstrats außerhalb der freigelegten Oberfläche hat,
eine erste Elektrode (22), die auf dem dielektrischen Film angeordnet und durch die erste Öffnung auf der Spit ze des optischen Wellenleitergrats montiert ist, wobei die erste Elektrode weiter auf den flachen Teil des opti schen Wellenleitergrats reicht und in engem Kontakt mit einer Oberfläche des dielektrischen Films ist, wobei wei terhin ein Ende der erste Elektrode auf dem Halbleiter substrat durch dessen freie Oberfläche festgelegt ist, und
eine zweite Elektrode (24), die auf dem Halbleiter substrat angeordnet und mit der ersten Deckschicht durch die zweite Öffnung des Dielektrikums verbunden ist; und
eine Halbleiterlasereinrichtung (86), deren optische Achse an der der optischen Absorptionsschicht des opti schen Modulators ausgerichtet ist.

9. Photonische Halbleitereinrichtung nach Anspruch 8, wobei die Halbleiterlasereinrichtung eine Einrichtung vom Grattyp ist, die einen optischer Wellenleitergrat, ange ordnet auf einem halbisolierenden Halbleitersubstrat, hat, wobei die Halbleiterlasereinrichtung und der opti sche Modulator auf dem gleichen Substrat aufgebaut sind.

10. Verfahren zur Herstellung eines optischen Modula tors, das folgende Schritte beinhaltet:
Zuerst Bilden einer ersten Deckschicht eines ersten Lei tungstyps, einer optischen Absorptionsschicht, und einer zweiten Deckschicht eines zweiten Leitungstyps auf einem halbisolierenden Halbleitersubstrat;
zweitens Bilden einer freigelegten Oberfläche des Halb leitersubstrats sowie eines optischen Wellenleitergrats, der eine Seite hat, auf der ein ebenes Teil gleichförmig von einer Spitze des Grats zum Halbleitersubstrat reicht, wobei das flache Teil mit der freigelegten Oberfläche des Halbleitersubstrats in Kontakt gebracht wird;
drittens Bilden eines dielektrischen Films über dem Halb leitersubstrat und einer ersten und zweiten Öffnung durch den Film, wobei die erste Öffnung an der Spitze des opti schen Wellenleitergrats und die zweite Öffnung in einem Bereich des Halbleitersubstrats mit Ausnahme dessen frei gelegter Oberfläche geschaffen wird;
viertens Bilden einer ersten Elektrode durch die erste Öffnung auf der Spitze des optischen Wellenleitergrats in solcher Weise, dass die erste Elektrode auf das flache Teil des optischen Wellenleitergrats reicht, während sie in engem Kontakt mit einer Oberfläche des dielektrischen Films ist, und weiterhin ein Ende der ersten Elektrode auf dem Halbleitersubstrat durch dessen freie Oberfläche gebildet wird; und
fünftens Bilden einer mit der ersten Deckschicht durch die zweite Öffnung des dielektrischen Films verbundenen zweiten Elektrode.

11. Verfahren zur Herstellung eines optischen Modulators nach Anspruch 10, wobei der zweite Schritt das Bilden von freigelegten Oberflächen des Halbleitersubstrats auf bei den Seiten des optischen Wellenleitergrats und ebenso der flachen Teile jeweils auf beiden Seiten des optischen Wellenleitergrats umfaßt, und wobei der vierte Schritt beinhaltet, das Hinabreichen der ersten Elektrode über beide Seiten des optischen Wellenleitergrats zu verursa chen, und zwei Enden der ersten Elektrode jeweils auf freigelegten Oberflächen des Halbleitersubstrats zu bil den.

12. Verfahren zur Herstellung eines optischen Modulators nach Anspruch 10 oder 11, wobei dem ersten Schritt der Schritt des Bildens einer leitfähigen Schicht des ersten Leitungstyps über einem Teil des halbisolierenden Halb leitersubstrats vorausgeht, wobei der zweite Schritt das Bilden einer freigelegten Oberfläche der leitfähigen Schicht während des Bildens der freigelegten Oberfläche des Halbleitersubstrats beinhaltet, und wobei der fünfte Schritt das Bilden der zweiten Elektrode auf der leitfä higen Schicht durch die zweite Öffnung beinhaltet.