JP2010237296A

JP2010237296A - 光半導体装置

Info

Publication number: JP2010237296A
Application number: JP2009082965A
Authority: JP
Inventors: Minefumi Shimoyama; 峰史下山
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2009-03-30
Filing date: 2009-03-30
Publication date: 2010-10-21

Abstract

【課題】ハイメサ光導波路によって形成され、しかも製造上の歩留まりが高い光半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体光変調器２４は光導波層４を内部に有し、半導体によって形成された帯状のメサ２６を具備している。また光導波路の両脇に配置された一対の半導体層２８、３０と、この一対の半導体層の夫々と光導波路の間に形成された溝３２、３４を埋め込む樹脂層３６、３８とを具備する。さらにメサの頂上に形成された上部電極１２、および基板４２の裏面に形成された下部電極１４を備える。
【選択図】図８

Description

本発明は、光半導体装置に関する。

半導体によって形成され、光導波層を内部に有するメサストライプ（帯状のメサ）のうち、光導波層が半導体以外の低誘電率材料との界面を有する構造は、ハイメサ光導波路と呼ばれている。これに対し、同じように半導体の光導波層を含むメサストライプで構成されるが、光導波層が半導体以外の材料との界面を持たない構造には、リッジ導波路や埋め込み導波路がある。

このハイメサ光導波路の頂上と、基板側の半導体層に夫々電極を設けることによって、光機能素子を形成することができる。このような光機能素子には、リッジ導波路や埋め込み導波路で構成した光機能素子に比べ浮遊容量が小さく、高速動作に適しているという利点がある。

例えば、ハイメサ光導波路によって形成されたマッハ・ツエンダー（Mach-Zehnder）型光変調器は、このような光機能素子の一つである。

このマッハ・ツエンダー型光変調器は、頂上に上部電極が設けられたハイメサ光導波路を２つ有している。この上部電極と、基板側に設けられた下部電極の間に電圧を印加すると、光導波層の屈折率が変化する。この屈折率変化によって、入射光が変調される。

電圧印加によって生じる光導波層の屈折率変化は僅なので、ハイメサ光導波路は、長く形成される。このため上部電極の浮遊容量が、問題になる。

しかし、ハイメサ光導波路に形成される上部電極の浮遊容量は小さく、上記マッハ・ツエンダー形光変調器は、非常に高速で動作する（非特許文献１）。

このように、ハイメサ光導波路は、光機能素子の高速化に有益な導波路構造である。

Ken TSUZUKI, Tadao ISHIBASHI, Hiroshi YASAKA, and Yuichi THOMORI, "Low Driving Voltage 40 Gbit/s n-i-n Mach-Zehnder Modulator Fabricated on InP Substrate", IEICE TRANS. ELECTRON., VOL.E88, pp.960-966,(2005).

しかし、ハイメサ光導波路を有する光機能素子には、製造上の歩留まりが低いという問題がある。

そこで、本発明の目的は、ハイメサ光導波路によって形成され、しかも製造上の歩留まりが高い光半導体装置を提供することである。

上記の目的を達成するために、本光半導体装置は、凸状の光導波路と、前記光導波路の両脇に配置された一対の半導体層と、前記一対の半導体層の夫々と前記光導波路の間に形成された溝を埋め込む樹脂層と、前記メサの頂上に形成された電極を具備する。

本光半導体装置によれば、半導体層とメサの間に形成された溝が樹脂層を内部に閉じ込めて保護するので、ハイメサ光導波路を有する光半導体装置の歩留まりが高くなる。

ハイメサ光導波路を有する光機能素子の基本構成を説明する斜視図である。図１のII-II線に於ける断面を、矢印の方向から見た断面図である。ハイメサ光導波路への電極形成の困難性を説明する図である。両脇に樹脂層が設けられたハイメサ光導波路の構成を説明する断面図である。加熱処理によって変形した樹脂層の状態と、その影響を説明する断面図である。機械的接触により変形した樹脂層の状態と、その影響を説明する断面図である。実施例１の光半導体装置の構成を説明する平面図である。図７のVIII-VIII線における断面を、矢印の方向から見た断面図である。実施例１の光半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である（その１）。実施例１の光半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である（その２）。実施例１の光半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である（その３）。実施例１の光半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である（その４）。実施例１の光半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である（その５）。実施例１の光半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である（その６）。実施例１の光半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である（その７）。実施例１の光半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である（その８）。実施例２の半導体レーザの断面を説明する図である。実施例２の光半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である（その１）。実施例２の光半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である（その２）。実施例２の光半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である（その３）。実施例２の光半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である（その４）。実施例２の光半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である（その５）。実施例２の光半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である（その６）。ハイメサ光導波路の頂上と基板側の半導体層に夫々電極を設け、樹脂層でハイメサ光導波路を埋め込んだ光機能素子の断面図である。リッジ導波路の頂上と、基板側の半導体層に夫々電極を設けた光機能素子の断面図である。

以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。尚、図面が異なっても対応する部分には同一符号を付し、その説明を省略する。

（１）ハイメサ光導波路の歩留まり
本実施の形態のよりよい理解のため実施例の説明に先立って、先に説明したハイメサ光導波路の構造とその問題点について、図面を用いて説明する。

図１は、ハイメサ光導波路２を有する光機能素子３の基本構成を説明する斜視図である。

図２は、図１のII-II線に於ける断面を、矢印の方向から見た断面図である。

ハイメサ光導波路２は、光導波層４を内部に有し、半導体によって形成された帯状のメサである。ここで、光導波層４は、上部クラッド層６及び下部クラッド層８によって挟まれている。尚、図１及び２に示した例では、半導体基板１０の一部が、下部クラッド層８となっている。

また、ハイメサ光導波路２の頂上及び半導体基板１０の裏面には、夫々、上部電極１２及び下部電極１４が設けられている。

この上部電極１２と下部電極１４の間に電圧を印加すると、光導波層４の屈折率又は光吸収率が変化して入射光１６が変調される。或いは、これらの電極１２,１４から電流を光導波層４に注入すると、光利得が発生する。このような屈折率変化、光吸収率変化、及び光利得の発生等を利用して、光機能素子３は、種々の機能を発揮する。

図２４は、ハイメサ光導波路５の頂上と基板側の半導体層に夫々電極１２,１４を設け、樹脂層１８でハイメサ光導波路２を埋め込んだ光機能素子の断面図である。図２５は、リッジ導波路１９の頂上と、基板側の半導体層に夫々電極１２,１４を設けた光機能素子の断面図である。

リッジ型導波路や埋め込み導波路に比べ、ハイメサ光導波路では上部電極１２直下の半導体面積を小さくすることが出来る。上部電極１２で覆われる部分の内のかなりの部分を、半導体に比べて誘電率の小さな樹脂で担うことが出来るため、上部電極１２の浮遊容量を小さくすることが出来る。従って、光機能素子３は、高速で動作する。この効果は特に、光導波路が長くなり、それに伴い電極長が長くなるに従って顕著になる。

ところで、ハイメサ光導波路２の幅は、１〜２μｍと極めて狭い。これは、ハイメサ光導波路２の水平横モードを単一化するためである。

しかし、ハイメサ光導波路２の頂上に上部電極１２を形成することは、容易ではない。図３は、ハイメサ光導波路上への電極形成の困難性を説明する図である。

製造工程上の誤差により、上部電極１２の形成位置や幅には、ズレが生じやすい。このようなズレが生じると、上部電極１２の一部が、ハイメサ光導波路２の側面や半導体基板１０の一部に触れてしまう（図３参照）。すると、ハイメサ光導波路２の光学的特性（導波路損失等）や電気的特性（リーク電流等）が劣化してしまう。

そこで、ハイメサ光導波路２の両脇には、通常、低誘電率で且つ透明度が高い樹脂層が設けられる。図４は、両脇に樹脂層１８が設けられたハイメサ光導波路２の構成を説明する断面図である。

図４に示すように、ハイメサ光導波路５の側面及び半導体基板１０の表面は、樹脂層１８によって、覆われる。従って、製造上の誤差により、上部電極１２がハイメサ光導波路５の頂上から食み出しても、上部電極１２が、ハイメサ光導波路５の側面や半導体基板１０の表面に接触することはない。従って、ハイメサ光導波路５の光学的特性や電気的特性が劣化することはない。更に、樹脂層１８は、製造工程で生じる種々の機械的損傷から、ハイメサ光導波路５を保護することにも役立つ。

しかし、本発明者が種々検討したところ、樹脂層５を両脇に有するハイメサ光導波路５の歩留まりも必ずしも高くない。

樹脂層１８は、通常、熱硬化性あるいは光硬化性の樹脂(ＢＣＢ（benzocyclobutene）樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等)によって形成される。

これら樹脂の形成は、以下のような手順によって行われる。まず、ハイメサ光導波路５の形成された半導体基板１０上に、スピンコート等によって、原料溶液（ＢＣＢ溶液等）を塗布する。次に、加熱あるいはＵＶ照射等によって、この原料溶液を硬化させて、樹脂膜を形成する。その後、この樹脂膜をドライエッチング等によって所望の形状に加工して、樹脂層１８を形成する。

このように、樹脂層１８には、硬化処理が施される。しかし、樹脂層形成後の電極形成工程等によって、樹脂層１８は容易に変形してしまう。

例えば、電極形成工程では、電極の接触抵抗を低くするため、半導体基板１０を４００℃程度で加熱する合金化工程が実施される。

しかし、樹脂層１８には、硬化処理後もある程度の熱可塑性が残存している。このため、合金化工程に用いられる高温に晒されると、樹脂層１８は変形してしまう。更に、有機材料である樹脂層１８と半導基板１０では、熱膨張係数が大きく異なる。このため、歪応力が発生して、樹脂層１８を変形させる。

例えば、ポリイミド樹脂の熱膨張係数は、５０〜６０ｐｐｍ/℃である。また、ＢＣＢ樹脂の熱膨張係数は、６１〜６５ｐｐｍ／℃である。一方、III-V族半導体の熱膨張係数は、４〜６ｐｐｍ／℃程度である。このように、樹脂と半導体の熱膨張係数は、一桁異なる。

図５は、変形した樹脂層２０の状態と、その影響を説明する断面図である。

樹脂層２０は、高温に晒され収縮すると、ハイメサ光導波路５の側面から剥離する。この時、上部電極１２の周端部が樹脂層２０に接着していると、上部電極１２はハイメサ光導波路５から引き剥がされる（図５参照）。このため、歩留まりが、低下する。

電極形成後、ハイメサ光導波路５が形成された半導体基板１０には、基板研磨、チップ化の為の切削あるいは劈開、及びキャリアへの実装等の工程が順次施される。

これらの工程では、樹脂層１８に種々の工具が接触する。この時の機械的接触によっても、樹脂層１８が変形することがある。

図６は、機械的接触により変形した樹脂層２２の状態と、その影響を説明する断面図である。

機械的な接触があると、樹脂層１８は外力を受ける。この外力によって、樹脂層２２が、ハイメサ光導波路５の側面から剥離する場合がある。この時、上部電極１２の周端部が樹脂層２２に接着していると、上部電極１２はハイメサ光導波路５から引き剥がされてしまう（図６参照）。この場合にも、歩留まりは、低下する。

このように、熱処理や機械的接触によって樹脂層１８は、容易に変形する。その結果、上部電極１２の剥がれが頻発し、ハイメサ光導波路２を有する光機能素子の歩留まりは低くなる。

（２）本光半導体装置
そこで、本実施の形態の光半導体装置では、下記実施例１及び２で詳しく説明するように、樹脂層１８の外側に、更に、半導体層が設けられている。すなわち、樹脂層が、この半導体層とハイメサ光導波路の間に形成される溝を、埋め込んでいる。従って、本実施の形態の樹脂層は、上記半導体層とハイメサ光導波路によって、両側から保護されている。従って、本実施の形態の樹脂層は、容易には変形しない。このため、本光半導体装置の歩留まりは高い。

（１）構成
図７は、本実施例の半導体光変調器２４の構成を説明する平面図である。図８は、図７のVIII-VIII線における断面を、矢印の方向から見た断面図である。

図７及び８に示すように、本半導体光変調器２４は、光導波層４を内部に有し、半導体によって形成された帯状のメサ２６（メサストライプ）すなわち凸状の光導波路を具備している。尚、本実施例の光導波層４は、活性層である。また、メサ２６は、ハイメサ光導波路である。

また、本半導体光変調器２４は、メサ２６に沿って、メサ２６の両脇に配置された一対の半導体層２８,３０を有している。

また、本半導体光変調器２４は、上記一対の半導体層２８,３０の夫々とメサ２６の間に形成された溝３２,３４を埋め込む樹脂層３６,３８を有している。

また、本半導体光変調器２４は、メサ２６の頂上に形成された上部電極１２を有している。ここで、上部電極１２は、リード線を接続するためのパッド２５を有している。

そして、本半導体光変調器２４は、光導波層４から見て上部電極１２とは反対側に配置された半導体（ここでは、ｎ型ＩｎＰ基板４２）に、電気的に接続された下部電極１４を具備している。尚、下部電極１４は、例えば、半絶縁性半導体基板の上に形成された（ｎ型又はｐ型の）半導体層に設けられてもよい。

尚、図７に示す本半導体光変調器２４の平面図では、樹脂層３６,３８が、ＳｉＯ_２膜６４を透視した状態で記載されている。

（２）製造方法
図９乃至図１６は、本半導体光変調器２４の製造方法を説明する工程断面図である。

以下、図９乃至図１６に従って、本半導体光変調器２４の製造方法を説明する。

（i）半導体積層構造の成長工程（図９（ａ）参照）
まず、ｎ型ＩｎＰ基板４２の上にＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）により、ｎ型ＩｎＰバッファ層４４、光導波層（活性層）４、ｐ型ＩｎＰ製の上部クラッド層４６、及びｐ型ＩｎＧａＡｓ製のコンタクト層４８を順に成長する。

ここで、光導波層（活性層）４は、複数のＩｎＧａＡｓＰ井戸層と複数のＩｎＰ障壁層が積層された、多重量子井戸（Multi-Quantum Wells; 以下、ＭＱＷと呼ぶ）層である。

尚、ｎ型ＩｎＰバッファ層４４及びｎ型ＩｎＰ基板４２は、完成後の半導体光変調器２４では、下部クラッド層として機能する。

本工程により、メサ２６となる半導体積層構造５０が形成される。

（ii）メサストライプの形成工程（図９（ｂ）及び図１０（ａ）参照）
次に、半導体積層構造５０が形成されたｎ型ＩｎＰ基板４２の上に化学気相成長（Chemical Vapor Deposition；以下、ＣＶＤと呼ぶ）法によりＳｉＯ_２膜５２を成膜する（図９（ｂ）参照）。

次に、このＳｉＯ_２膜５２の上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィー工程により、帯状のレジストマスク５４を形成する（図９（ｂ）参照）。ここで、レジストマスク５４は、素子完成後のメサ２６の幅より１〜２μｍ太く形成する。尚、レジストマスクとは、フォトレジストで形成されたマスクのことである。

次に、ＢＨＦ（Buffered ＨＦ（弗酸））によってＳｉＯ_２膜５２をウェットエッチングして、レジストマスク５４の平面形状をＳｉＯ_２膜５３に転写する。

次に、このＳｉＯ_２膜５３をマスクとして、半導体積層構造５０をＲＩＥ（Reactive Ion Etching）によってエッチングして、メサストライプ５５を形成する（図１０（ａ）参照）。

本工程によって、幅３μｍ程度のメサストライプ５５が形成される。

（iii）半導体層の成長工程（図１０（ｂ）参照）
次に、ＭＯＣＶＤ法によってＳＩ（Semi-Insulated）-ＩｎＰ（半絶縁性InP）を、ＳｉＯ_２膜５３をマスクとして成長して、メサストライプ５５の周囲をＳＩ-ＩｎＰ層５６で埋め込む（図１０（ｂ）参照）。

その後、ＢＨＦによって、メサストライプ５５上のＳｉＯ_２膜５３を除去する。

本工程により、メサ２６の両脇に配置される一対の半導体層２８,３０となる半導体層（ＳＩ-ＩｎＰ層５６）が形成される。

（iv）溝の形成工程（図１１（ａ）及び（ｂ）参照）
次に、再度ＣＶＤ法によって、ＳＩ−ＩｎＰ層５６が形成されたＩｎＰ基板４２の全面に、ＳｉＯ_２膜を成膜する。

次に、上記「（ii）メサストライプの形成工程」で説明した手順に従って、このＳｉＯ_２膜を加工して、溝３２,３４の形成予定位置で開口するマスク５８を形成する（図１１（ａ）参照）。

次に、このマスク５８を用いて、ＳＩ-ＩｎＰ層５６及びメサストライプ５５の周端部をＲＩＥによってエッチングする。このエッチングにより、溝（間隙）３２,３４が形成される（図１１（ｂ）参照）。この時、メサ５５の周端部もエッチングされ、幅約１.５μｍのメサ２６が形成される。従って、メサ２６の伝搬モードは、横単一モードになる。

最後に、ＢＨＦにより、マスク５８を除去する。

本工程によって、溝３２,３４及びメサ２６が完成する。

ところで、溝３２,３４の幅は、半導体光変調器２４の動作波長を樹脂層３６,３８の屈折得率で除した距離より広いことが好ましい。例えば、溝３２,３４の幅としては、２μｍが好ましい。この場合、光導波層（活性層）４を伝搬する光は、半導体層２８,３０には殆ど漏れ出さない。従って、光導波層（活性層）４を伝搬する被変調光の電界分布は、半導体層２８,３０によって殆ど変形されない。

また、上記工程から明らかなように、メサ２６の側面には、ＳＩ−ＩｎＰ層５６ではなく、屈折率が低い樹脂層３６,３８が接することになる。このため、光導波層４の光閉じ込め係数は大きくなる。

（v）樹脂層の形成工程（図１２（ａ）乃至図１３（ａ）参照）
次に、一対の半導体層２８,３０が形成されたｎ型ＩｎＰ基板４２の全面に、スピンコートによってＢＣＢを塗布する。その後、３００℃程度の加熱処理を施して、ＢＣＢを硬化させてＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）樹脂６０を形成する（図１２（ａ）参照）。

次に、メサ２６の頂上が露出するまで、ＢＣＢ樹脂６０をＲＩＥによってエッチングする（図１２（ｂ）参照）。

次に、メサ２６と溝３２,３４の上部を覆うレジストマスク６２を、形成する（図１３（ａ）参照）。

次に、レジストマスク６２をマスクとして、半導体層２８,３０の表面に残存しているＢＣＢ樹脂をＲＩＥによって除去する。その後、レジストマスク６２を除去する。

本工程により、溝３２,３４を埋め込む樹脂層３６,３８が形成される。

（vi）電極の形成工程（図１３（ｂ）乃至図１６参照）
次に、ｎ型ＩｎＰ基板４２の全面に、ＣＶＤによりＳｉＯ_２膜６４を成膜する。

このＳｉＯ_２膜６４の上に、メサ２６の上で開口するレジストマスク６６を形成する。

次に、ＢＨＦによってメサ２６の上に形成されたＳｉＯ_２膜６４を除去する（図１３（ｂ）参照）。

次に、レジストマスク６６を残したまま、ｎ型ＩｎＰ基板４２の全面に、Ａｕ／Ｚｎ／Ａｕ膜６８を、真空蒸着によって形成する（図１４（ａ）参照）。

次に、レジストマスクと共に余分な蒸着膜を除去するリフトオフ工程によって、メサ２６の頂上に帯状のＡｕ／Ｚｎ／Ａｕ電極７０を形成する（図１４（ｂ）参照）。

次に、上部電極１２の形成予定位置で開口するレジストマスク７２を、ＳｉＯ_２膜６４の上に形成する（図１５（ａ）参照）。

次に、この開口部に、メッキにより、Ａｕ電極７４を形成する（図１５（ｂ）参照）。

このＡｕ電極７４とＡｕ／Ｚｎ／Ａｕ電極７０が、上部電極１２になる。

次に、レジストマスク７２を除去する。その後、ｎ型ＩｎＰ基板４２の裏面に、ＡｕＧｅ／Ａｕ電極７６を形成する。

次に、ＡｕＧｅ／Ａｕ電極７６の上に、メッキによってＡｕ電極７８を形成する。

このＡｕ電極７８とＡｕＧｅ／Ａｕ電極７６が、下部電極１４になる。

最後に、上部電極１２及び下部電極１４が形成されたｎ型ＩｎＰ基板４２を、約４００℃の加熱する合金化工程を実施する。この合金化工程により、ＡｕＧｅ／Ａｕ電極７６とｎ型ＩｎＰ基板４２の接触抵抗が、低下する。同様に、Ａｕ／Ｚｎ／Ａｕ電極７０とコンタクト層４８の接触抵抗が低下する。

合金化工程に伴う加熱処理によって、樹脂層３６,３８は、収縮し変形しようとする。しかし、樹脂層３６,３８は、溝３２,３４の中に閉じ込められているので、殆ど変形しない。このため、上部電極１２が、メサ２６から剥離することはない。

本工程によって、上部電極１２及び下部電極１４が形成される。

（vii）チップ化工程及び実装工程
次に、ｎ型ＩｎＰ基板４２を劈開して、光変調器チップに分割する。その後、各光変調器チップを、キャリア等に実装する。

この間、半導体光変調器２４の表面は、種々の工具に接触する。しかし、樹脂層３６,３８は、溝３２,３４によって保護されている。従って、樹脂層３６,３８が変形することはない。故に、上部電極１２が、メサ２６の頂上から剥離することもない。

以上説明したように、樹脂層３６,３８は溝３２,３４の内部で保護されているので、加熱処理や機械的接触によって、上部電極１２がメサ２６の頂上から剥離することはない。

故に、本半導体光変調器２４の歩留まりは高い。

（３）動作
本半導体光変調器２４を動作させるためには、上部電極１２と下部電極１４の間に電源を接続して、電圧を光導波層（活性層）４に印加する。この電圧を変調することによって、光導波層を導波する光の強度あるいは位相を変調することができる。

ところで、メサ２６は、両脇が樹脂層３６,３８によって埋め込まれたハイメサ光導波路である。樹脂の比誘電率は、半導体の比誘電率より格段に低い。従って、上部電極１２の浮遊容量は、低い。このため、本半導体光変調器２４は、高速で動作する。

尚、パッド１２の下側に位置する半導体層２８,３０は、ＳＩ-ＩｎＰ層である。従って、パッド２５部分の浮遊容量も、十分に小さい。

（１）構成
図１７は、本実施例の半導体光変調器８０の断面を説明する図である。尚、本半導体レーザ８０の平面図は、図７に示した実施例１の半導体光変調器２４の平面図と略同じである。

図１７に示すように、本半導体光変調器８０の構成は、実施例１の半導体光変調器２４の構成と略同じである。但し、本半導体光変調器８０は、溝３２,３４の表面に形成されたＳｉＯ_２膜８２を有している。

このように、溝３２,３４内部の表面にＳｉＯ_２膜８２を形成すると、半導体層と樹脂層３６,３８の密着が良くなる。尚、ＳｉＯ_２膜８２の代わりに、ＳｉＮ膜等の誘電体膜を形成してもよい。

（２）製造方法
図１８乃至図２３は、本半導体光変調器８０の製造方法を説明する工程断面図である。

以下、図１８乃至図２３に従って、本半導体光変調器８０の製造方法を説明する。

（i）半導体積層構造の成長工程、メサストライプ形成工程、半導体層の成長工程、及び溝の形成工程（図１８（ａ）参照）
図９（ａ）乃至図１１（ａ）を参照して説明した、実施例１の製造工程に従って、ｎ型ＩｎＰ基板４２の上に、メサ２６と、溝３２,３４と、半導体層２８,３０を形成する。

（ii）樹脂層密着用ＳｉＯ_２膜の形成工程（図１８（ｂ）参照）
次に、ＣＶＤにより、ｎ型ＩｎＰ基板４２の全面にＳｉＯ_２膜８２を成膜する。

（iii）樹脂層の形成工程（図１９（ａ）乃至図２０（ａ）参照）
次に、ＳｉＯ_２膜８２が形成されたｎ型ＩｎＰ基板４２の全面に、スピンコートによってＢＣＢを塗布する。その後、３００℃程度の加熱処理を施して、ＢＣＢを硬化させてＢＣＢ樹脂６０を形成する（図１９（ａ）参照）。

次に、メサ２６の頂上を覆うＳｉＯ_２膜８２が露出するまで、ＢＣＢ樹脂６０をＲＩＥによってエッチングする（図１９（ｂ）参照）。

次に、メサ２６と溝３２,３４の上部を覆うレジストマスク６２を、形成する（図２０（ａ）参照）。

次に、レジストマスク６２をマスクとして、ＳｉＯ_２膜８２の表面に残存しているＢＣＢ樹脂をＲＩＥによって除去する。その後、レジストマスク６２を除去する。

（iv）電極の形成工程（図２０（ｂ）乃至図２３参照）
まず、ｎ型ＩｎＰ基板４２の全面に、ＣＶＤによりＳｉＯ_２膜６４する。

次に、レジストマスク６６を用いたウェットエッチングによって、メサ２６の上に形成された、ＳｉＯ_２膜６４及びＳｉＯ_２膜８２を除去する（図２０（ｂ）参照）。

次に、ｎ型ＩｎＰ基板４２の全面に、Ａｕ／Ｚｎ／Ａｕ膜６８を真空蒸着によって形成する（図２１（ａ）参照）。

次に、リフトオフ工程によって、露出したメサ２６の頂上に帯状のＡｕ／Ｚｎ／Ａｕ電極７０を形成する（図２１（ｂ）参照）。

次に、上部電極１２の形成予定位置で開口するレジストマスク７２を、ＳｉＯ_２膜６４の上に形成する（図２２（ａ）参照）。

次に、この開口部にメッキにより、Ａｕ電極７４を形成する（図２２（ｂ）参照）。

このＡｕ電極７４と上記Ａｕ／Ｚｎ／Ａｕ電極７０が、上部電極１２になる。

次に、ｎ型ＩｎＰ基板４２の裏面に、ＡｕＧｅ／Ａｕ電極７６を形成する。

このＡｕ電極７８とＡｕＧｅ／Ａｕ電極７６が、下部電極１４になる（図２３参照）。

最後に、上部電極１２及び下部電極１４が形成されたｎ型ＩｎＰ基板４２に対して、合金化工程を実施する。

この合金化工程に伴う加熱処理によって、樹脂層３６,３８は変形しようとする。しかし、樹脂層３６,３８は、溝３２,３４の内部に閉じ込められているので殆ど変形しない。従って、上部電極１２が、メサ２６から剥離することはない。

（v）チップ化工程及び実装工程
次に、実施例１で説明した「（vii）チップ化工程及び実装工程」と同様の手順に従って、ｎ型ＩｎＰ基板４２をチップ化する。更に、チップ化した個々の半導体光変調器８０を、キャリア等に実装する。

このチップ化工程及び実装工程において、半導体光変調器８０の表面は種々の工具に接触する。しかし、樹脂層３６,３８は、溝３２,３４の内部で保護されているので変形することはない。従って、上部電極１２が、メサ２６の頂上から剥離することはない。

（変形例）
以上の例は、ハイメサ光導波路で形成された半導体光変調器に関するものである。電界吸収型光変調器やマッハ・ツエンダー型光変調器がその代表例である。しかし、本実施の形態が適用可能な光半導体装置は、半導体光変調器に限られない。例えば、直接変調型の半導体レーザに、本実施の形態を適用してもよい。

また、本実施の形態は、光導波層４の可飽和吸収特性を利用した光-光スイッチや四光波混合を利用した四光波混合装置（波長変換装置等）に適用することができる。これら光導波層の非線形性を利用する光半導体装置を動作させるためには、信号光が光導波層４からなるべく漏れ出さないようにすることが重要である。

本実施の形態によれば、メサ２６の両脇は、屈折率の低い樹脂層３６,３８によって囲まれている。従って、本実施の形態を光-光スイッチや四光波混合装置に適用すれば、光導波層４の閉じ込め係数を、高くすることができる。従って、これら光半導体装置を効率よく動作させることができる。

また、以上の例では、樹脂層３６,３８は、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）樹脂によって形成されている。しかし、樹脂層３６,３８は、他の樹脂によって形成されてもよい。例えば、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、及びアクリル樹脂等によって、樹脂層３６,３８が形成されてもよい。

また、以上の例では、メサ２６を形成する半導体は、ＩｎＰやＩｎＧａＡｓＰである。しかし、他の半導体によって、メサ２６が形成されてもよい。例えば、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＩｎＮＡｓ等によって、メサ２６が形成されてもよい。

また、以上の例では、半導体層２８,３０は、半導体基板の端まで延在している。しかし、半導体層２８,３０は、半導体基板の端まで延在する必要はない。例えば、半導体層２８,３０は、幅数十μｍの帯状のメサであってもよい。

２・・・ハイメサ光導波路３・・・光機能素子
４・・・光導波層
５・・・両脇に樹脂層が設けられたハイメサ光導波路
６・・・上部クラッド層８・・・下部クラッド層
１０・・・半導体基板１２・・・上部電極
１４・・・下部電極１６・・・入射光
１８・・・樹脂層１９・・・リッジ導波路
２０・・・加熱処理によって変形した樹脂層
２２・・・機械的接触により変形した樹脂層
２４・・・実施例１の半導体光変調器２５・・・パッド
２６・・・メサ（メサストライプ）
２８,３０・・・半導体層３２,３４・・・溝
３６,３８・・・樹脂層
４２・・・ｎ型ＩｎＰ基板４４・・・ｎ型ＩｎＰバッファ層
４６・・・上部クラッド層４８・・・コンタクト層
５０・・・半導体積層構造５２,５３・・・ＳｉＯ_２膜
５４・・・レジストマスク５５・・・メサストライプ
５６・・・ＳＩ-ＩｎＰ層５８・・・マスク
６０・・・ＢＣＢ樹脂６２・・・レジストマスク
６４・・・ＳｉＯ_２膜６６・・・レジストマスク
６８・・・Ａｕ／Ｚｎ／Ａｕ膜７０・・・Ａｕ／Ｚｎ／Ａｕ電極
７２・・・レジストマスク７４・・・Ａｕ電極
７６・・・ＡｕＧｅ／Ａｕ電極７８・・・Ａｕ電極
８０・・・実施例２の半導体光変調器８２・・・ＳｉＯ_２膜

Claims

凸状の光導波路と、
前記光導波路の両脇に配置された一対の半導体層と、
前記一対の半導体層の夫々と前記光導波路の間に形成された溝を埋め込む樹脂層と
を
具備する光半導体装置。
請求項１に記載の光半導体装置において、
前記半導体層が、半絶縁性の半導体層によって形成されていることを、
特徴とする光半導体装置。
請求項１又は２に記載の光半導体装置において、
前記一対の半導体層の夫々と前記光導波路の間隔が、前記光導波層を伝搬する光の波長を前記樹脂層の屈折率で除した距離より広いことを
特徴とする光半導体装置。
請求項１乃至３の何れか１項に記載の光半導体装置において、
前記溝の表面に、誘電体膜が形成されていることを、
特徴とする光半導体装置。
請求項１乃至４の何れか１項に記載の光半導体装置において、
前記樹脂層が、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、及びベンゾシクロブテン樹脂からなる群から選択された何れかの樹脂で形成されてことを、
特徴とする光半導体装置。