JP2003174234A

JP2003174234A - 電極下地構成およびその製造方法

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Publication number: JP2003174234A
Application number: JP2002050263A
Authority: JP
Inventors: Mitsushi Yamada; 光志山田
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2002-02-26
Publication date: 2003-06-20
Anticipated expiration: 2022-02-26
Also published as: US6773945B2; JP4238508B2; US20030064536A1

Abstract

(57)【要約】【課題】エッチング角度およびエッチング量に不安定を
きたすことをなくする、電極下地形成方法および電極下
地構成を提供すること。【解決手段】エレクトロード３２４とそれに接続される
ボンディングパッド３３０とを有し、両者の間およびボ
ンディングパッド３３０下に比誘電率の低い樹脂層を形
成する半導体装置において、前記両樹脂層を他の層によ
り隔離することを特徴とする電極下地構成。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体を用いた光
機能素子、光導波路型の素子に用いる電極下地構造およ
びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来技術】近年、半導体レーザ、ＰＤ、光変調器、光
増幅器などの半導体材料を用いた光デバイスに対して
は、高性能化・低コスト化が要求されている。

【０００３】高性能化においては、特に、ギガヘルツ以
上の周波数応答が要求されており、その要求を満たす光
導波路構造としてリッジ型光導波路が注目されている。

【０００４】このリッジ型光導波路は、製造上、メサス
トライプの幅の制御が簡単であり、また、構造上、メサ
ストライプの脇を電気的絶縁性を持ち且つ低誘電率材料
である固体材料、即ち、無機絶縁材料、例えばＳｉＯ
２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ等あるいは有機絶縁材料、例えば
ポリイミド等、またはこれら無機絶縁材料と有機絶縁材
料の組み合わせたもので埋め込む構造、を有するという
特徴を有する。

【０００５】電圧もしくは電流の印加手段は、メサスト
ライプの上端から電気的に接続されている金属膜（数十
から数百ミクロン角）に給電ラインからワイヤボンディ
ングするなどして実現する。以下、その金属膜を電極パ
ッドという。電極パッドの下地に、例えばポリイミドな
どの有機絶縁材料を単に厚く形成するだけで、電極とＧ
ＮＤ間の電気容量（以下、電極間容量という）を小さく
抑えることができる、というのがリッジ型光導波路の構
造的な特徴である。

【０００６】このリッジ型光導波路の構造について、代
表的な文献である「ＹｕｋｉｏＮｏｄａ、ｃｌ．ａ
ｌ．、「Ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄｅｌｅｃｔｒｏａｂｓ
ｏｒｐｔｉｏｎｍｏｄｕｌａｔｏｒｓｔｒｉｐｅ−
ｌｏａｄｅｄＧａＩｎＡｓＰＰｌａｎｅｒｗａｂｅ
ｇｕｉｄｅ」ＩＥＥＥＪｏｕｒｎａｌｏｆＬｉｇｈ
ｔｗａｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｖｏｌ．ＬＴ−
４、Ｎｏ．１０、１９８６」に基づいて説明する。

【０００７】図７は、電界効果型（ｅｌｅｃｔｒｏａ
ｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）光変調器（ｌｉｇｈｔｍｏｄｕ
ｌａｔｏｒ）の従来例の構成図である。

【０００８】構造は、最下層から上層に向かって、Ａｕ
層、Ｓｎ−Ａｕ層、ｎドープ−ＩｎＰサブストレート、
アンドープＩｎＰ層、アンドープＧａＩｎＡｓＰ層、ア
ンドープＩｎＰ層、Ｐドープ−ＩｎＰ層、Ｓｉ₃Ｎ₄層、
ポリイミド層、Ｓｉ₃Ｎ₄層、Ｃｒ／Ａｕのエレクトロー
ドまたはボンディングパッドの積層構造になっている。

【０００９】ストライプは（０１１）方向に平行で４か
ら８μｍ幅になっている。エッチングされた表面は、
０．６μｍ厚でＰＣＶＤ製のＳｉ₃Ｎ₄フィルムによって
パッシベーション膜で覆われる。この厚みはその上に形
成されるワイヤボンディングパッドの容量を減少するよ
うに働く。パッシベーションフィルムは、ワイヤボンデ
ィングパッドの容量を減少するように機能する。

【００１０】その為には低誘電率を呈しなければならな
いが、Ｓｉ₃Ｎ₄フィルムは高誘電率になるので、パッド
容量を更に減少させるために、Ｓｉ₃Ｎ₄パッシベーショ
ンフィルム上にポリイミド層を積層する。

【００１１】また、図７の例では、ボンディングパッド
の下地となるポリイミド層を載せるために、ＰドープＩ
ｎＰ層にエッチングする際、ストリップからボンディン
グパッドの下地へ連通する溝をエッチング除去すること
になる。その際、突出状態に形成されるＰドープＩｎＰ
層をエッチングすることになる。ウエットエッチングに
より前記突出角部をエッチングすることになる。

【００１２】ここで問題となる構造を図６に例示する。

【００１３】図６は従来例の構成図である。図６（ａ）
は平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＢ−Ｂ’断面図、
図６（ｃ）は図６（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。

【００１４】コア層を挟んで上下左右にクラッド層を配
置し、コア層に対応するクラッド層上にエレクトロード
を配置し、前記クラッド層と連続する層上にエレクトロ
ードに配線されるボンディングパッドを配置する構造で
ある。特に、埋め込み型で前記クラッド層と連続する層
を形成する製造過程に問題がある。

【００１５】以下、従来例の製造工程を図を用いて詳細
に説明する。

【００１６】図５は従来例の工程図であり、図５の１は
従来例の工程（１）〜（３）の工程図であり、図５の２
は従来例の工程（４）、（５）の工程図であり、図５の
３は従来例の工程（６）〜（８）の工程図であり、図５
の４は従来例の工程（９）〜（１１）の工程図であり、
図５の５は従来例の工程（１２）、（１３）の工程図で
ある。

【００１７】図５の工程（１）は半導体基板上に各層を
結晶成長させる工程図である。その内、図（ａ）は平面
図、図（ｂ）は図（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。

【００１８】図５の工程（２）はマスク形成工程図であ
る。以下同じ。

【００１９】図５の工程（３）は第１エッチング工程図
である。以下同じ。

【００２０】図５の工程（４）は第２エッチング工程図
であり、その内、図（ａ）は平面図、図（ｂ）は図
（ａ）のＡ−Ａ’断面図、図（ｃ）は図（ａ）の矢印位
置近傍の詳細平面図であり、図（ｄ）は図（ａ）の長円
内を矢印方向から見た側面図であり、図（ｅ）は図
（ａ）の長円内をストライプに沿って見た側面図であ
る。

【００２１】図５の工程（５）はマスク除去工程図であ
る。その内、図（ａ）は平面図、図（ｂ）は図（ａ）の
Ａ−Ａ’断面図である。

【００２２】図５の工程（６）は第１パッシベーション
工程図である。以下同じ。

【００２３】図５の工程（７）はポリイミドパターン形
成工程図である。以下同じ。

【００２４】図５の工程（８）は第２パッシベーション
工程図である。以下同じ。

【００２５】図５の工程（９）はマスク形成工程図であ
る。以下同じ。

【００２６】図５の工程（１０）は第３エッチング工程
図である。以下同じ。

【００２７】図５の工程（１１）はエレクトロード形成
工程図である。以下同じ。

【００２８】図５の工程（１２）はマスク除去工程図で
ある。以下同じ。

【００２９】図５の工程（１３）はボンディングパッド
形成工程図である。以下同じ。

【００３０】前記各工程について詳細に説明する。

【００３１】まず、工程（１）：基板上に結晶成長させ
る工程基板上に、下側クラッド層となるｎ−ＩｎＰ層１０６を
形成する。このｎ−ＩｎＰ層１０６は、基板側にキャリ
ア濃度の高い層１０５、上側にキャリア濃度の低い層１
０４を構成する。このｎ−ＩｎＰ層１０６の上に、コア
層１０３を形成する。コア層１０３の上に上側クラッド
層となるｐ−ＩｎＰ層１０２を形成する。このｐ−Ｉｎ
Ｐ層１０２の上に、ｐ⁺−ＩｎＧａＡｓ層１０１を形成
する。

【００３２】工程（２）：マスク形成工程メサストライプの脇の溝（チャネル）領域とボンディン
グパッド下の凹部領域とに対応する開孔１１１、１１２
および１１４を設けたマスク１０７、１０８および１０
９を形成する。マスクはＳｉＯ₂やＳｉＮ等を適宜選択
して使用する。前記開孔の一方は、直線状の領域１１２
を呈するが、他方は直線状の領域１１１とボンディング
パッド下の埋め込み領域に対応する領域１１４がつなが
り、突出角部（１１３）が２箇所形成される。

【００３３】工程（３）：第１エッチング工程ｐ⁺−ＩｎＧａＡｓ層１０１を貫通するようにドライエ
ッチングを行う。マスク１０７、１０８および１０９に
規定されたパターン形状で垂直方向に伸びる開孔１１
５、１１６および１１９がｐ⁺−ＩｎＧａＡｓ層１０１
を貫通して上側クラッド層（ｐ−ＩｎＰ層）１０２の途
中まで溝状に形成される。

【００３４】工程（４）：第２エッチング工程マスク１０７、１０８および１０９を介してｐ−ＩｎＰ
層１０２のみをウエットエッチングする。この結果、逆
メサ形状を有するリッジチャネル状のメサストライプ１
２４が形成される。この時、同時にエッチングが行われ
る、図（ａ）の矢印で示す角部、即ち、前記チャネル領
域に形成される溝１２２とボンディングパッド下の凹部
領域に形成される溝１２３との突出交差部１３２付近
は、図（ｃ）、図（ｄ）および図（ｅ）に示すように、
予定されたエッチング面を画定するｐ−ＩｎＰ層１０２
のエッジ（稜線）１３３、１３４および１３７を不規則
に変更して例えばエッジ１３５、１３６および１３８の
ようにエッチングされる現象が発生する。

【００３５】化合物半導体ＩｎＰのエッチング液はＨ３
ＰＯ４、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＣＨ３ＣＯＯＨおよびＨ２Ｏ
などを適切に選択して混合した液体等から選択する。

【００３６】通常は面方位依存性から結晶面が（１１
１）面では所定角度でエッチングが進み、パターン幅で
決まる深さで反応はほぼ停止する。しかし、上記の例の
ように、角ができる領域をウエットエッチングを行う
と、予定よりもエッチング速度が増加することになる。
さらに、そのエッチング速度が増加する程度に規則性を
見いだすことができない。

【００３７】この結果、突出交差部１３２付近のｐ−Ｉ
ｎＰ層１０２の厚みが予定より極端に薄くなる傾向を呈
する。これが後の行程に影響を与えることになる。

【００３８】行程（５）：マスク除去行程マスク１０７、１０８および１０９を除去する。

【００３９】行程（６）：第１パッシベーション膜形成
行程上記行程（５）におけるマスク除去後、全面にわたり第
１パッシベーション膜１４０をコーティングする。溝１
２１、１２２、１２３の形状に沿って膜が形成される。
膜材はＳｉＯ₂を用いるが、他のＳｉ_xＮ_yでもよい（但
し、ｘ、ｙは任意に設定する）。

【００４０】工程（７）：パターン形成全面にポリイミド樹脂をスピンコートし、前記溝１２
１、１２２および１２３に沿ってホトリソグラフィでパ
ターンを形成し、熱処理して前記ポリイミド樹脂をガラ
ス化し充填体１４１、１４２および１４３を形成する。
ポリイミド樹脂は、電極下の容量を減少するために用い
られ、比誘電率が低く、吸水性、高粘性で、熱を加える
と収縮する。

【００４１】ポリイミド樹脂は、このように高粘性を有
するため、コーティング時回り込みが少なく、特に前記
角部のエッジ等のような奥まった箇所には入りにくく、
また、熱処理のために熱を加えると、樹脂の膨張によ
り、前記角部のように予定よりも過剰にエッチングされ
てしまった、即ちオーバーハングされた薄い箇所等の希
弱な箇所をその応力によって破損させることがある。

【００４２】工程（８）：第２パッシベーション工程全面にわたり第２パッシベーション膜１４４をコーティ
ングする。膜材はＳｉ _xＮ_yを用いるが、他のＳｉＯ₂で
もよい。

【００４３】この第２パッシベーション膜１４４は、前
記第１パッシベーション膜１４０と協動して前記ポリイ
ミド充填体１４１、１４２および１４３を被覆する。こ
の被覆により吸水性のポリイミド充填体１４１、１４２
および１４３がこの後の行程に制約が生じることを阻止
する。

【００４４】工程（９）：マスク形成工程全面にマスクパターン１５１、１５３をコーティング
し、メサストライプ１５３上のエレクトロードの幅に対
応する開孔１５２をフォトリソグラフィでパターン形成
する。

【００４５】工程（１０）：第３エッチング工程前記マスク１５０で前記第２パッシベーション膜１４４
をエッチングする。

【００４６】工程（１１）：エレクトロード形成工程ｐ⁺−ＩｎＧａＡｓ層１０１上に前記開孔１５４に対応
してエレクトロード１５５を金属蒸着する。

【００４７】工程（１２）：マスク除去工程マスク１５０を除去する。

【００４８】工程（１３）：ボンディングパッド形成工
程前記エレクトロード１５５の全面を覆うように配線層１
６２を設ける。同時に、その配線層１６２に連続して、
ポリイミドパターン１４１に対応する前記第２パッシベ
ーション膜１４４領域上に配線部１６１およびボンディ
ングパッド１６０を設ける。このようにして、前記配線
層１６２と配線層１６１とボンディングパッド１６０か
らなる電極層１６３を一体に蒸着により連設する。

【００４９】以上の行程を前提とした上記文献中の構造
は、そのリッジ型光導波路の典型的な例である。すなわ
ち、光導波路として機能するメサストライプの上端から
は電極パッドが電気的に接続され、また、メサストライ
プ両端のチャネル状の溝の中と電極パッドの下側を、暑
さ１ミクロン程度のポリイミドで充填している。なお、
メサストライプから溝の外側には、メサストライプと同
様の半導体の層構造があるが、これは、ウエハ全体を平
坦化してプロセス工程や組立工程において、メサストラ
イプに応力が集中しないようにすること、プロセスの再
現性の向上、など極めて有効な構造を提供している。以
下、この構造をダブルチャネルリッジ構造（ＤＣリッジ
構造と略す）という。なお、メサストライプと電極パッ
ドの下の溝の形成は、同一工程にて一括形成（エッチン
グ除去）する。一般に、塩酸系のエッチャントや酢酸系
のエッチャントなどのエッチング液を用いるが、これ
は、ＩｎＰのみを選択的にエッチングするものであるの
で、ＩｎＧａＡｓもしくはＩｎＧａＡｓＰなどの三元、
四元組成の層をエッチングマスクとして利用できる。つ
まり、メサストライプ最上の半導体層であるオーミック
コンタクト層がエッチングのマスクとして機能し、且
つ、光導波路がエッチングストップ層として機能し、水
平方向と垂直方向へのエッチングの進行を自動的に抑制
することができる。これが、リッジ型光導波路の製造方
法上の特徴である。

【００５０】なお、このＤＣリッジ構造に関しては、特
開平１１−２０２２７４号公報、特開平０７−２３００
６７号公報、特開平２００１−０９１９１３号公報にも
開示されている。

【００５１】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来構造におい
ては、既に述べたところでもあるが、以下の問題があっ
た。ｐ−ＩｎＰ層のエッチングの際、電極下のエッチン
グ層とメサストライプの脇のチャネルとが接合する突出
角部において、エッチングが速く進行することである。
これは、突出角部でのエッチングでは、マスクがマスク
として機能しないことによる。最終的には、その箇所の
み斜めにエッチングが進行し、その結果、マスクとなる
ｐ⁺−ＩｎＧａＡｓコンタクト層が突出することにな
る。

【００５２】従って、（ａ）ｐ−ＩｎＰクラッド層が斜めにエッチングされる
が、その角度とエッチング量が不安定である。（ｂ）突出したｐ⁺−ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）コンタクト層
の下に、ポリイミドが入り込みにくく、空洞が生じる場
合がある。（ｃ）以降のウエハプロセス工程において、突出したｐ
−ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）コンタクト層が、欠け落ちる場合
がある。などの構造的不具合、製造工程の不安定性など
の問題点が生じる。これらの問題は、歩留まり劣化、長
期信頼性劣化、特性劣化に繋がるものである。

【００５３】本発明の目的は、以上の問題点に鑑み、エ
ッチング角度およびエッチング量に不安定をきたすこと
をなくする、電極下地構成およびその製造方法を提供す
ることである。

【００５４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために以下に述べる解決手段を採用する。（１）電極下地構成において、エレクトロードとそれに
接続されるボンディングパッドとを有し、両者の間およ
びボンディングパッドの各下層に比誘電率の低い樹脂層
を形成する半導体装置において、前記両樹脂層を他の層
により隔離することを特徴とする。（２）ダブルチャネル構造で、電極直下の凹部とメサス
トライプ脇の少なくとも一方の溝が比誘電率の低い樹脂
層で充填される半導体光デバイスの電極下地構成におい
て、前記両樹脂層を他の層により隔離することを特徴と
する。（３）半導体光機能素子の電極下地構成において、光導
波路を形成しているメサ形状に沿って溝が形成され、且
つ、メサの最上層に電気的に接続されている金属膜が該
溝を跨いで該メサと反対側に延長されて電気的印加手段
を構成しており、電気的印加手段の直下に凹部が形成さ
れ、且つ、該チャネルと凹部が互いに独立した窪みに形
成されていることを特徴とする。（４）集積化光機能素子の電極下地構成において、上記
（３）記載の構成を有する領域を少なくとも一つは含む
ことを特徴とする。（５）上記（３）記載の半導体光機能素子の電極下地構
成において、前記溝と前記凹部の両方もしくは少なくと
も凹部が、電気的絶縁性を示す固体材質で覆われている
かもしくは埋め込まれていることを特徴とする。（６）上記（５）記載の半導体光機能素子の電極下地構
成における固体材質を、有機絶縁材料あるいは有機絶縁
材料と無機絶縁材料の組み合わせにより構成することを
特徴とする。（７）上記（５）記載の半導体光機能素子の電極下地構
成において、前記溝と前記凹部の間の半導体層構造の直
上が、電気的絶縁性を示す前記固体材質で覆われている
ことを特徴とする。（８）半導体光機能素子の電極下地構成の製造方法にお
いて、上記（３）記載の集積化光機能素子を、前記溝と
前記凹部の両方を同一の工程で一括にエッチング除去す
る手順により製造すること特徴とする。

【００５５】

【発明の実施の形態】本発明の好適な実施の形態につい
て、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以
下の説明および添付図面において、同一の機能および構
成を有する構成要素については、同一符号を付すことに
より、重複説明を省略する。

【００５６】（第１実施例）本発明の第１実施例につい
て図を参照しながら、説明する。

【００５７】図１は本発明の第１実施例の構成図であ
り、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）にお
けるＡ−Ａ’線の断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）にお
けるＢ−Ｂ’線の断面図である。

【００５８】本発明の第１実施例は、電極下地の半導体
層構造をエッチングした凹部２４１と、メサストライプ
２９４の両脇のチャネル部となる溝２４２および２４３
とが、それぞれ独立した溝であること、すなわち、少な
くとも凹部２４１と溝２４２とが溝分割用半導体層２９
２によって分離されていることを特徴としている。従来
は上記のように前記凹部２４１と前記溝２４２とが連続
した構造となっていたので突出角部が発生し、この角部
がウエットエッチングによりオーバーハング状にエッチ
ングされる問題があったが、本発明の第１実施例の構成
では前記凹部２４１と前記溝２４２とを溝分割用半導体
層２９２により完全に分離することにより、前記突出角
部を作らず、従って前記オーバーハング状にエッチング
されることがないように構成している。

【００５９】全体は、ｎ−ＩｎＰクラッド層１０４およ
び１０５、コア層１０３、Ｐ−ＩｎＰクラッド層１０
２、Ｐ⁺−ＩｎＧａＡｓ層１０１、パッシベーション膜
１４０および１４４の積層構造を有する。Ｐ−ＩｎＰク
ラッド層１０２およびＰ⁺−ＩｎＧａＡｓ層１０１に
は、前記凹部２４１と溝２４２および２４３とが形成さ
れ、これらにパッシベーション膜を介してポリイミドが
充填され低誘電率の充填体３０１、３０２および３０３
を構成する。電極下地の半導体層構造をエッチングし
た凹部２４１とメサストライプ２９４の両脇のチャネル
状の溝２４２、２４３の間、特に溝２４２との間は、エ
ッチングされていない半導体層構造の溝分割用半導体層
２９２によって完全に分離されており、また、二つの溝
２４２、２４３は独立に閉じている。

【００６０】この第１実施例は、上記構成を採用したこ
とによって以下の効果を奏する。（ａ）ＩｎＧａＡｓ
（Ｐ）コンタクト層マスクの突出したオーバーハングが
形成されないので、以降のプロセスの安定性向上、歩留
まり・特定安定性・信頼性の向上がはかられる。

【００６１】さらに、図１の構造においては、以下の副
次的効果も期待される。（ｂ）電極パッドに金属線をボ
ンディングする際、その金属線が光導波路を跨ぐ様にボ
ンディングされる場合には、金属線が光導波路の金属に
接触するのを、溝分割用半導体層部が妨げる役目をな
す。これによって、金属線の超音波熱圧縮ボンディング
時に超音波が光導波路にダメージを与えるのを、抑制す
ることが期待でき、特性歩留まりの向上が期待できる。

【００６２】（第２実施例）本発明の第２実施例、即ち
第１実施例の改良例について図を参照しながら、説明す
る。

【００６３】図２は本発明の第２実施例の構成図であ
り、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）にお
けるＡ−Ａ’線の断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）にお
けるＢ−Ｂ’線の断面図である。

【００６４】第２実施例の特徴は、前記第１実施例にお
いて、溝２４２と凹部２８０の間の逆メサ状部２９２の
第１パッシベーション膜１４０上にもポリイミド充填体
３０１とポリイミド充填体３０２に連結されるポリイミ
ドコーティング膜３０４を形成することである。

【００６５】ポリイミドコーティング膜３０４の形成
は、前記溝２４２および溝２４３と前記凹部２８０にポ
リイミドを充填する際同時にコーティングし、パターン
成形する工程を採用する。

【００６６】この第２実施例は、上記構成を採用したこ
とによって以下の効果を奏する。前記第１実施例が奏す
る上記効果は当然に奏するが、その他に、ボンディング
パッドおよび配線部を金属蒸着によって形成するとき、
パッシベーション膜１４４に金属材料が入り込み、見か
けの電極厚みにばらつきを生じ、抵抗値のばらつきが発
生することにより熱発生が起きても、ポリイミドコーテ
ィング膜３０４によって発光領域への影響を小さくでき
る。

【００６７】（第３実施例）本発明の第３実施例につい
て図を参照しながら説明する。

【００６８】図３は本発明の第３実施例の構成図であ
り、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）にお
けるＡ−Ａ’線の断面図である。

【００６９】第３実施例の特徴は前記第１実施例の構造
を更に改善するものである。すなわち、溝分割用半導体
層構造２９２が成すメサストライプに関して、その構造
的パラメータを、光導波路の構造的パラメータと異なる
ものにすることを特徴とするものである。ここでいう構
造パラメータというのは、メサストライプの幅（ｐ−Ｉ
ｎＰクラッド層の幅）、コア層の内部構造（組成、屈折
率、厚さ、バルク・ＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉｑｕａｎｔｕ
ｍｗｅｌｌ）の違いなど）、あるいは、それらの光導
波路方向にわたる構造まで含んでいる。

【００７０】光導波路２９４と溝分割用半導体層２９２
の層構造が同じで、且つ、二つの構造の幅が等しい場合
には、二つのメサストライプで方向性結合導波路を構成
してしまう可能性がある。

【００７１】すなわち、光導波路２９４内を導波してい
る光が、溝分割用半導体層２９２に結合して、光出力の
低下、不安定性の増長を招くものであり、本発明におけ
る溝分割用半導体層２９２の役目から逸脱するものとな
る。そこで、そのような減少が生じないようにするため
に、溝分割用半導体層２９２のメサと光導波路２９４の
メサの間の光結合定数を小さくすることが必要で、その
ためには、両者の構造的なパラメータを異なるものとす
ることが有効である。実際に作成した素子では、光導波
路のストライプ幅は約２ミクロン、コア層には１０層の
ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰのＭＱＷ構造３４２で
あるのに対し、溝分割用半導体層構造が成すメサストラ
イプについては、ストライプ幅約５ミクロン、コア層に
はＩｎＧａＡｓＰバルク構造３４１を用いた。また、チ
ャネルの幅を１１ミクロンとした。本素子を作成した結
果、光結合現象はみられなかった。

【００７２】第３実施例は、以下の効果を奏する。

【００７３】（ａ）第１実施例の効果に加えて、溝分割
用半導体層２９２への光の漏れを抑えることができる。

【００７４】（第４実施例）第４実施例は、第１実施例
の製造工程を説明するものである。

【００７５】その特徴は、光導波路の脇のチャネルと電
極下地の半導体層構造をエッチングした凹部とが、同一
の工程で一括にエッチング除去されること、である。

【００７６】以下、本発明の第１実施例の製造工程を詳
細に説明する。

【００７７】図４は本発明の第１実施例の工程図であ
り、図４の１は本発明の第１実施例の工程（１）〜
（３）の工程図であり、図４の２は本発明の第１実施例
の工程（４）、（５）の工程図であり、図４の３は本発
明の第１実施例の工程（６）〜（８）の工程図であり、
図４の４は本発明の第１実施例の工程（９）〜（１１）
の工程図であり、図４の５は本発明の第１実施例の工程
（１２）、（１３）の工程図である。

【００７８】図４の工程（１）は半導体基板上に各層を
結晶成長させる工程図である。その内、図（ａ）は平面
図、図（ｂ）は図（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。

【００７９】図４の工程（２）はマスク形成工程図であ
る。以下同じ。

【００８０】図４の工程（３）は第１エッチング工程図
である。以下同じ。

【００８１】図４の工程（４）は第２エッチング工程図
であり、その内、図（ａ）は平面図、図（ｂ）は図
（ａ）のＡ−Ａ’断面図図、図（ｃ）は図（ａ）におけ
る凹部２８０のＡ−Ａ’断面図、図（ｄ）は図（ａ）に
おける凹部２８０のＣ−Ｃ’断面図である。

【００８２】図４の工程（５）はマスク除去工程図であ
る。その内、図（ａ）は平面図、図（ｂ）は図（ａ）の
Ａ−Ａ’断面図である。

【００８３】図４の工程（６）は第１パッシベーション
工程図である。以下同じ。

【００８４】図４の工程（７）はポリイミドパターン形
成工程図である。以下同じ。

【００８５】図４の工程（８）は第２パッシベーション
工程図である。以下同じ。

【００８６】図４の工程（９）はマスク形成工程図であ
る。以下同じ。

【００８７】図４の工程（１０）は第３エッチング工程
図である。以下同じ。

【００８８】図４の工程（１１）はエレクトロード形成
工程図である。以下同じ。

【００８９】図４の工程（１２）はマスク除去工程図で
ある。以下同じ。

【００９０】図４の工程（１３）はボンディングパッド
形成工程図である。以下同じ。

【００９１】以下、上記各工程について詳細に説明す
る。

【００９２】工程（１）：基板上に結晶成長させる工程基板上に、下側クラッド層となるｎ−ＩｎＰ層１０６を
形成する。このｎ−ＩｎＰ層１０６は、基板側にキャリ
ア濃度の高い層１０５、上側にキャリア濃度の低い層１
０４を構成する。このｎ−ＩｎＰ層１０６の上に、コア
層１０３を形成する。コア層１０３の上に上側クラッド
層となるｐ−ＩｎＰ層１０２を形成する。このｐ−Ｉｎ
Ｐ層１０２の上に、ｐ⁺−ＩｎＧａＡｓ層１０１を形成
する。

【００９３】工程（２）：マスク形成工程マスク材をスピンコートし、フォトリソグラフィによ
り、メサストライプの脇のチャネル領域とボンディング
パッド下の凹部領域とに対応する開孔を設けたマスクパ
ターン１０８、１０９および２６１を形成する。マスク
はＳｉＯ₂やＳｉｘＮｙ等を適宜選択して使用する。前
記開孔は、メサストライプの脇のチャネル領域に対応す
る直線状の開孔１１２および開孔２６２と、ボンディン
グパッド下の埋め込み領域に対応する開孔２６０とな
る。

【００９４】工程（３）：第１エッチング工程ｐ⁺−ＩｎＧａＡｓ層１０１を貫通するようにドライエ
ッチングを行う。マスクパターン１０８、１０９および
２６１に規定されたパターン形状で、垂直方向に伸びる
開孔１１４、２７２およびボンディングパッド下の埋め
込み領域に対応する開孔２７０が、ｐ⁺−ＩｎＧａＡｓ
層１０１を貫通して上側クラッド層（ｐ−ＩｎＰ層）１
０２の途中まで凹状に形成される。

【００９５】工程（４）：第２エッチング工程パターン形成されたマスク１０８、１０９、２６１およ
びそれらの下層のパターン形成されたｐ⁺−ＩｎＧａＡ
ｓ層１０１をマスクとして、ｐ−ＩｎＰ層１０２のみを
ウエットエッチングする。

【００９６】この結果、両側の直線上の溝１２１および
溝２８２によって逆メサ形状を有するリッジチャネル状
のメサストライプ１２４が形成される。

【００９７】同時にボンディングパッド下の埋め込み領
域に対応する凹部２８０は、エッチングにより、図
（ａ）のＡ−Ａ’線断面では図（ｃ）に示すように逆メ
サ状の面２８３および２８４にエッチングされ、同じく
Ｃ−Ｃ’線断面では図（ｄ）に示すようにメサ状の面２
８５および２８６にエッチングされる。

【００９８】本発明のこの第２エッチング工程が前記従
来の第２エッチング工程と相違する点は、従来溝２８２
と凹部２８０とが突出交差部ができるように連続して形
成されていたが、本発明は溝２８２と凹部２８０とが別
々に隔離されて形成されている点が相違する。

【００９９】これにより、従来例の角ができる領域をウ
エットエッチングを行うと、予定よりもエッチングが進
み、さらに、そのエッチングが進む程度に規則性が見ら
れなくなり、この結果、突出交差部付近のｐ−ＩｎＰ層
１０２の厚みが予定より極端に薄くなる傾向を呈する現
象を回避することができる。すなわち、前記問題が発生
しない構造に変更する解決手段を採用することになる。

【０１００】行程（５）：マスク除去行程マスクパターン１０８、１０９および２６１を除去す
る。このとき、上記従来例のように前記交差部付近のｐ
−ＩｎＰ層の厚みが予定より極端に薄くなっている箇所
がマスク除去時の応力により破損するようなことが発生
しない。。

【０１０１】行程（６）：第１パッシベーション膜形成
行程上記行程（５）におけるマスク除去後、全面にわたり第
１パッシベーション膜１４０をコーティングする。溝１
２１、２９３および凹部２９１に沿って膜が形成され
る。膜材はＳｉＯ₂を用いるが、他のＳｉ_xＮ_yでもよ
い。

【０１０２】工程（７）：パターン形成全面にポリイミド樹脂をスピンコートし、前記溝１２
１、２９３および凹部２９１に沿ってホトリソグラフィ
でパターンを形成し、熱処理して前記ポリイミド樹脂を
ガラス化し充填体３０１、３０２および３０３を形成す
る。ポリイミド樹脂は、電極下の容量を減少するために
用いられ、比誘電率が低く、吸水性、高粘性で、熱を加
えると膨張する。

【０１０３】ポリイミド樹脂は、このように高粘性を有
するため、コーティング時回り込みが少なく、特に前記
角部のエッジ等のような奥まった箇所には入りにくく、
また、熱処理のために熱を加えると、樹脂の膨張によ
り、前記角部のように予定よりも過剰にエッチングされ
てしまった、即ちオーバーハングされた薄い箇所等の希
弱な箇所をその応力によって破損させることがあった
が、本発明の場合、溝２９３と凹部２９１がそれぞれ離
隔して形成されているので、上記のような問題は発生し
なくなる。

【０１０４】工程（８）：第２パッシベーション工程全面にわたり第２パッシベーション膜１４４をコーティ
ングする。膜材はＳｉ _xＮ_yを用いるが、他のＳｉＯ₂で
もよい。

【０１０５】この第２パッシベーション膜１４４は、前
記第１パッシベーション膜１４０と協働して前記ポリイ
ミド充填体３０１、３０２および３０３を被覆する。こ
の被覆により吸水性のポリイミド充填体３０１、３０２
および３０３にこの後の行程に制約が生じることを阻止
する。

【０１０６】工程（９）：マスク形成工程全面にマスク１５０をコーティングし、メサストライプ
１５３上のエレクトロードの幅に対応する開孔をフォト
リソグラフィでパターン形成し、マスクパターン３２１
と３２２を形成する。

【０１０７】工程（１０）：第３エッチング工程前記マスク１５０のマスクパターン３２１と３２２で前
記第２パッシベーション膜１４４をエッチングし開孔３
２３を形成する。

【０１０８】工程（１１）：エレクトロード形成工程ｐ⁺−ＩｎＧａＡｓ層１０１上に前記エッチングで形成
された開孔３２３に対応してエレクトロード３２４を蒸
着する。

【０１０９】工程（１２）：マスク除去工程工程マスク１５０を除去する。

【０１１０】工程（１３）：ボンディングパッド形成工
程前記エレクトロード３２４の全面を覆うように配線層３
３２を設ける。同時に、その配線層３３２に連続して、
ポリイミド充填体３０１に対応する前記第２パッシベー
ション膜１４４領域上に配線部３３１およびボンディン
グパッド３３０を設ける。このようにして、前記配線層
３３２と配線層３３１とボンディングパッド３３０から
なる電極層３３３を一体に蒸着により連設する。

【０１１１】以上説明したように、電極下地の半導体層
構造をエッチングした凹部２８０と、メサストライプ１
２４の両脇のチャネル状の溝１２１、２８２とを分離独
立させることで、二つの溝１２１、２８２の形状に従来
例の欠点として述べた突出角部ができないように設計す
ることが可能となる。

【０１１２】これによって、前記従来例のＩｎＧａＡｓ
（Ｐ）コンタクト層１０１がマスクとなる突出したオー
バーハングも形成されない構造となる。

【０１１３】実際に作成した素子において、突出したオ
ーバーハングは全く発生せず、極めて均一なウエハ−プ
ロセスが実現される。

【０１１４】また、溝分割用半導体層２８１の周波数特
性に与える影響についても、実際に光導波路の幅２ミク
ロン、チャネルの幅を１１ミクロン、溝分割用半導体層
の幅５ミクロン（本実施例）および０ミクロン（従来
例）の素子の周波数特性を比較し、顕著な差が無いこと
を確認した。

【０１１５】前記第１、２実施例によれば、光導波路の
脇のチャネルと、電極下地の半導体層構造をエッチング
した凹部とは、分離独立した構造であるので、別々の工
程において形成することが可能である。

【０１１６】しかし、同一マスクにパターンを形成する
ことにより、同一の工程で一括にエッチング除去するこ
とができる。

【０１１７】第４実施例は、以下の効果を奏する。（ａ）ウエハ−プロセスの工程を短縮、簡易化すること
ができ、ひいては、コスト低減、歩留まり向上が期待で
きる。

【０１１８】（他の実施の形態）本発明は、上記のよう
に、半導体光デバイスが対象であり、ダブルチャネル構
造で、電極直下の溝とメサストライプ脇の少なくとも一
方の溝がつながっているもの、を対象とする。

【０１１９】従って、本発明は、前記対象となる構成を
有する多くの光デバイスに適用可能である。例えば、半
導体光変調器、およびそれを集積化した半導体レーザ、
モードロックレーザ、光増幅器、あるいは、フォトダイ
オード、過飽和吸収光スイッチ、屈折率変化を誘起する
光スイッチなどがあげられる。

【０１２０】

【発明の効果】本発明は上記の構成を採用したので以下
の効果を奏する。

【０１２１】従来のような、ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）コンタ
クト層をマスクとする突出したオーバーハングが形成さ
れないので、以降のプロセスの安定性向上、歩留まり・
特定安定性・信頼性の向上がはかられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の構成図である。

【図２】本発明の第２実施例の構成図である。

【図３】本発明の第３実施例の構成図である。

【図４の１】本発明の第１実施例の工程（１）〜（３）
の工程図である。

【図４の２】本発明の第１実施例の工程（４）、（５）
の工程図である。

【図４の３】本発明の第１実施例の工程（６）〜（８）
の工程図である。

【図４の４】本発明の第１実施例の工程（９）〜（１
１）の工程図である。

【図４の５】本発明の第１実施例の工程（１２）、（１
３）の工程図である。

【図５の１】従来例の工程（１）〜（３）の工程図であ
る。

【図５の２】従来例の工程（４）、（５）の工程図であ
る。

【図５の３】従来例の工程（６）〜（８）の工程図であ
る。

【図５の４】従来例の工程（９）〜（１１）の工程図で
ある。

【図５の５】従来例の工程（１２）、（１３）の工程図
である。

【図６】従来例の構成図である。

【図７】電界効果型光変調器の従来例の構成図である。

【符号の説明】

１０１ｐ⁺−ＩｎＧａＡｓ１０２ｐ−ＩｎＰ１０３コア１０４、１０５、１０６ｎ−ＩｎＰ１０８、１０９、２６１、３２１、３２２マスクパタ
ーン１１０、１５０マスク１１２、１１４、２６０、２６２、２７０、２７２、３
２３開孔１２１、２４２、２４３、２８２、２９３溝１２４、１５３、２９４メサストライプ１４０、１４４パッシベーション膜２４１、２８０、２９１凹部２８３、２８４、２８５、２８６面２８１、２９２溝分割用半導体層２９４光導波路３０１、３０２、３０３充填体３０４ポリイミドコーティング膜３２４エレクトロード３３０ボンディングパッド３３１配線部３４１ＩｎＧａＡｓＰバルク構造３４２ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰのＭＱＷ構造

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エレクトロードとそれに接続される電極パ
ッドとを有し、両者の間および電極パッドの各下層に比
誘電率の低い樹脂層を形成する半導体装置において、前
記両樹脂層を他の層により隔離することを特徴とする電
極下地構成。
【請求項２】ダブルチャネル構造で、電極直下の凹部と
メサストライプ脇の少なくとも一方の溝が比誘電率の低
い樹脂層で充填される半導体光デバイスにおいて、前記
両樹脂層を他の層により隔離することを特徴とする電極
下地構成。
【請求項３】光導波路を形成しているメサ形状に沿って
溝が形成され、且つ、メサの最上層に電気的に接続され
ている金属膜が該溝を跨いで該メサと反対側に延長され
て電気的印加手段を構成しており、電気的印加手段の直
下に凹部が形成され、且つ、該チャネルと凹部が互いに
独立した窪みに形成されていることを特徴とする半導体
光機能素子の電極下地構成。
【請求項４】請求項３記載の構成を有する領域を少なく
とも一つは含むことを特徴とする集積化光機能素子の電
極下地構成。
【請求項５】請求項３記載の半導体光機能素子の電極下
地構成において、前記溝と前記凹部の両方もしくは少な
くとも凹部が、電気的絶縁性を示す固体材質で覆われて
いるかもしくは埋め込まれていることを特徴とする半導
体光機能素子の電極下地構成。
【請求項６】請求項５記載の半導体光機能素子の電極下
地構成における固体材質を、有機絶縁材料あるいは有機
絶縁材料と無機絶縁材料の組み合わせにより構成するこ
とを特徴とする半導体光機能素子の電極下地構成。
【請求項７】請求項５記載の半導体光機能素子の電極下
地構成において、前記溝と前記凹部の間の半導体層構造
の直上が、電気的絶縁性を示す前記固体材質で覆われて
いることを特徴とする半導体光機能素子の電極下地構
成。
【請求項８】請求項３記載の半導体光機能素子の電極下
地構成を、前記溝と前記凹部の両方を同一の工程で一括
にエッチング除去する手順により製造すること特徴とす
る半導体光機能素子の電極下地構成の製造方法。