JP2011022281A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】メサ構造を埋め込む埋め込み部のメサ構造部からの剥離を抑制することができる半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】メサ構造部２１を備えた光半導体素子と、メサ構造部２１を少なくとも側方から埋め込む埋め込み部２２と、メサ構造部２１に接続された電極２３と、が設けられている。埋め込み部２２には、メサ構造部２１の側方に形成された第１の有機絶縁膜８と、第１の有機絶縁膜８よりもメサ構造部２１から離間して形成された第２の有機絶縁膜１１と、第１の有機絶縁膜８と第２の有機絶縁膜１１との間に形成された無機絶縁膜１０と、が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。

近年、ハイメサ構造又はリッジ構造のメサ構造部を備えた光導波路（光変調器を含む）に関し、動作速度の向上、高集積化、多機能化、低コスト化を目的として、スピンコート法で形成することが可能な有機絶縁膜によってメサ構造が埋め込まれた構造に関する検討が行われている。スピンコート法によれば有機絶縁膜を良好なカバレッジで形成することができる。このため、低コスト化及び製造時間の短縮に好適である。また、有機絶縁体の誘電率は半導体のそれと比較して低いため、電極を有する光変調器等のアクティブデバイスにおいては、低寄生容量化及び動作速度の向上に好適である。また、有機絶縁体の屈折率は半導体のそれと比較して低いため、アクティブデバイス及び電極を有さないパッシブデバイスのいずれにおいても、高屈折率コントラストによる小型化及び高性能化に好適である。更に、アクティブデバイス及びパッシブデバイスのいずれにおいても、高い光閉じ込め効果が得られる。

また、光がシングルモードで伝播することができる光導波路の幅は１μｍ程度であり、従来、メサ構造部の幅も１μｍ程度とされている。このため、メサ構造部の周囲が空間となっている場合、アクティブデバイスの電極をメサ構造部上に形成することは困難である。このため、有機絶縁膜は電極のステージとしても用いられている。つまり、アクティブデバイスの作製時には、有機絶縁膜を形成した後に電極を形成している。

しかしながら、電極の形成時に有機絶縁膜がメサ構造部から剥がれることがある。図１は、従来の半導体装置の製造方法を用い素子を作製した場合に発生しうる有機絶縁膜の剥離とそれによる電極の破損を示す断面図である。

従来、図１に示すように、ｎ型の半導体基板１０１上に、ｎ型のクラッド層１０２、コア層１０３、ｐ型のクラッド層１０４及びｐ型のコンタクト層１０５からなるメサ構造部を形成した後、メサ構造部を埋め込む有機絶縁膜１０８を形成している。その後、有機絶縁膜１０８をステージとして用いながらメサ構造部上に電極１１５を形成している。ところが、有機絶縁膜１０８は、電極１１５の形成に必要とされるプラズマ処理及び熱処理等の際に収縮しやすい。このため、図１に示すように、有機絶縁膜１０８がメサ構造部から剥がれることがある。そして、このような剥がれが生じると、電極１１５を形成することが困難になる。また、製造時に有機絶縁膜１０８の剥がれが生じなかった場合でも、動作時に発生する熱の影響で有機絶縁膜１０８が剥がれることもあり、これに伴って電極１１５が剥がれることもある。

このような剥がれは、ハイメサ構造のメサ構造部を備えた光導波路だけでなく、リッジ構造のメサ構造部を備えた光導波路でも生じる。また、光導波路だけでなくメサ構造部を備えた半導体レーザにおいても生じる。

特開２００４−２８００１８号公報 特開２００４−１２８３６０号公報

本発明の目的は、メサ構造を埋め込む埋め込み部のメサ構造部からの剥離を抑制することができる半導体装置及びその製造方法を提供することにある。

半導体装置の一態様には、メサ構造部を備えた光半導体素子と、前記メサ構造部を少なくとも側方から埋め込む埋め込み部と、前記メサ構造部に接続された電極と、が設けられている。前記埋め込み部には、前記メサ構造部の側方に形成された第１の有機絶縁膜と、前記第１の有機絶縁膜よりも前記メサ構造部から離間して形成された第２の有機絶縁膜と、前記第１の有機絶縁膜と前記第２の有機絶縁膜との間に形成された無機絶縁膜と、が設けられている。

半導体装置の製造方法の一態様では、メサ構造部を備えた光半導体素子を形成し、前記メサ構造部を少なくとも側方から埋め込む埋め込み部を形成し、前記メサ構造部に接続される電極を形成する。前記埋め込み部を形成する際に、前記メサ構造部の側方に第１の有機絶縁膜を形成し、前記第１の有機絶縁膜よりも前記メサ構造部から離間する第２の有機絶縁膜を形成し、前記第１の有機絶縁膜と前記第２の有機絶縁膜との間に無機絶縁膜を形成する。

上記の半導体装置等によれば、第２の有機絶縁膜が熱変形したとしても無機絶縁膜により第１の有機絶縁膜の変形が抑制される。このため、メサ構造部からの第１の有機絶縁膜の剥がれを抑制することができる。

従来の半導体装置の製造方法を用い素子を作製した場合に発生しうる有機絶縁膜の剥離とそれによる電極の破損を示す断面図である。 第１の実施形態に係る半導体装置の構造を示す断面図である。 第１の実施形態に係る半導体装置を製造する方法を工程順に示す断面図である。 図３Ａに引き続き、半導体装置を製造する方法を工程順に示す断面図である。 図３Ｂに引き続き、半導体装置を製造する方法を工程順に示す断面図である。 図３Ｃに引き続き、半導体装置を製造する方法を工程順に示す断面図である。 図３Ｄに引き続き、半導体装置を製造する方法を工程順に示す断面図である。 図３Ｅに引き続き、半導体装置を製造する方法を工程順に示す断面図である。 第２の実施形態に係る半導体装置の構造を示す断面図である。 第２の実施形態に係る半導体装置を製造する方法を工程順に示す断面図である。 第３の実施形態に係るＭＺ変調器の構成を示すレイアウト図である。 第３の実施形態に係るＭＺ変調器の構造を示す断面図である。 第４の実施形態に係る半導体装置の構造を示す断面図である。 第５の実施形態に係る半導体装置の構造を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。

（第１の実施形態）
先ず、第１の実施形態について説明する。図２は、第１の実施形態に係る半導体装置の構造を示す断面図である。

図２に示すように、第１の実施形態に係る半導体装置では、ｎ型のｎ−ＩｎＰ基板１上にハイメサ構造のメサ構造部２１が形成されている。メサ構造部２１の幅は１．０μｍ〜２．０μｍ程度（例えば１．４μｍ）である。メサ構造部２１には、順に積層された、ｎ型のｎ−ＩｎＰクラッド層２、真性のｉ−ＩｎＧａＡｓＰコア層３、ｐ型のｐ−ＩｎＰクラッド層４及びｐ型のｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層５が含まれている。ｎ−ＩｎＰクラッド層２の厚さは５０ｎｍ〜５００ｎｍ程度（例えば３００ｎｍ）である。ｉ−ＩｎＧａＡｓＰコア層３の厚さは１５０ｎｍ〜４００ｎｍ程度（例えば２３０ｎｍ）であり、組成波長は１．２μｍ〜１．４μｍ程度（例えば１．３μｍ）である。ｐ−ＩｎＰクラッド層４の厚さは０．５μｍ〜２．０μｍ程度（例えば１μｍ）である。ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層５の厚さは１００ｎｍ〜４００ｎｍ程度（例えば３００ｎｍ）である。

そして、メサ構造部２１が埋め込み部２２により埋め込まれている。埋め込み部２２には、シリコン酸化膜７、有機絶縁膜８、シリコン窒化膜１０及び有機絶縁膜１１が含まれている。シリコン酸化膜７は、メサ構造部２１の側面及びｎ−ＩｎＰ基板１の表面を直接覆っている。シリコン酸化膜７の厚さは２００ｎｍ〜６００ｎｍ程度（例えば４００ｎｍ）である。有機絶縁膜８は、シリコン酸化膜７のメサ構造部２１の側面に接する部分に接するようにしてメサ構造部２１の両側に形成されている。つまり、シリコン酸化膜７の一部がメサ構造部２１及び有機絶縁膜８により挟まれている。有機絶縁膜８の幅は２．０μｍ〜８．０μｍ程度（例えば４．３μｍ）である。シリコン窒化膜１０は、有機絶縁膜８の上面及び側面、並びにシリコン酸化膜７の有機絶縁膜８から露出している部分を覆っている。つまり、有機絶縁膜８はｎ−ＩｎＰ基板１の表面に平行な方向においてシリコン酸化膜７及びシリコン窒化膜１０により挟まれている。シリコン窒化膜１０の厚さは２００ｎｍ〜５００ｎｍ程度（例えば３００ｎｍ）である。有機絶縁膜１１は、シリコン窒化膜１０の有機絶縁膜８の側面に接する部分に接するようにしてメサ構造部２１の両側に形成されている。つまり、シリコン窒化膜１０の一部が有機絶縁膜８及び１１により挟まれている。有機絶縁膜８及び１１は、例えばベンゾシクロブテン（ＢＣＢ：benzocyclobutene）を主原料として含んでいる。

更に、シリコン窒化膜１０及び有機絶縁膜１１を覆うシリコン窒化膜１２が形成されている。シリコン窒化膜１２の厚さは２００ｎｍ〜５００ｎｍ程度（例えば３００ｎｍ）である。シリコン窒化膜１２及び１０には、有機絶縁膜８の一部及びｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層５を露出する開口部１４が形成されており、開口部１４内に電極２３が形成されている。電極２３には、導電膜１５、導電膜１６及びＡｕ膜１８が含まれている。導電膜１５には、例えば順に積層された、Ａｕ膜、Ｚｎ膜及びＡｕ膜が含まれる。導電膜１６には、例えば順に形成されたＴｉ膜、Ｐｔ膜及びＡｕ膜が含まれる。

また、ｎ−ＩｎＰ基板１の裏面に導電膜１９を介してＡｕ膜２０が形成されている。

物体のある方向における変形量は、当該方向における寸法が大きいほど大きい。従って、図１に示す従来の半導体装置では、有機絶縁膜１０８のメサ構造部から離間する方向における変形量は、この方向における寸法が大きいほど大きい。これに対し、本実施形態では、電極２３のステージとしても機能する有機絶縁膜８と有機絶縁膜１１との間にシリコン窒化膜１０が介在している。そして、シリコン窒化膜１０は有機絶縁膜８と比較すると熱変形率が極めて低い。このため、有機絶縁膜８のメサ構造部２１から離間する方向における変形量がシリコン窒化膜１０によって低減される。つまり、シリコン窒化膜１０が有機絶縁膜１１の熱変形に伴う有機絶縁膜８の変形を抑制する。従って、電極２３の形成時における有機絶縁膜８の剥離、及び動作時の発熱に伴う有機絶縁膜８の剥離が生じにくくなる。なお、有機絶縁膜１１がシリコン窒化膜１０から剥がれたとしても、これによって電極２３の剥離等が生じることはほとんどない。

なお、本実施形態では、シリコン窒化膜１０にメサ構造部２１の側面に平行に広がり有機絶縁膜８及び１１を完全に分断する部位が存在するが、有機絶縁膜８及び１１が互いに完全に分断されている必要はない。つまり、有機絶縁膜１１の熱変形の影響を効果的に抑制するためには、有機絶縁膜８が完全に分断されていることが望ましいが、製造プロセス等の関係で有機絶縁膜８の一部と有機絶縁膜１１の一部とが接していてもよい。

次に、第１の実施形態に係る半導体装置を製造する方法について説明する。図３Ａ〜図３Ｆは、第１の実施形態に係る半導体装置を製造する方法を工程順に示す断面図である。

先ず、図３Ａ（ａ）に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板１上に、ｎ−ＩｎＰクラッド層２、ｉ−ＩｎＧａＡｓＰコア層３、ｐ−ＩｎＰクラッド層４及びｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層５をこの順で形成する。ｎ−ＩｎＰクラッド層２、ｉ−ＩｎＧａＡｓＰコア層３、ｐ−ＩｎＰクラッド層４、及びｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層５の形成では、例えば有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によって、これらをエピタキシャル成長させる。次いで、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層５上にハードマスク６を形成する。ハードマスク６の形成では、例えばｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層５の全面にシリコン酸化膜を形成し、フォトリソグラフィー等を用いてこのシリコン酸化膜をパターニングする。ハードマスク６の幅は、後に形成するメサ構造部２１の幅と同程度（例えば１．４μｍ）とする。

その後、図３Ａ（ｂ）に示すように、ハードマスク６をマスクとして、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層５、ｐ−ＩｎＰクラッド層４、ｉ−ＩｎＧａＡｓＰコア層３、及びｎ−ＩｎＰクラッド層２をエッチングすることにより、高さが３μｍ程度のメサ構造部２１を形成する。ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層５、ｐ−ＩｎＰクラッド層４、ｉ−ＩｎＧａＡｓＰコア層３、及びｎ−ＩｎＰクラッド層２のエッチングとしては、例えば誘導結合型反応性イオンエッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ）等を行う。

続いて、図３Ａ（ｃ）に示すように、ハードマスク６を除去する。次いで、シリコン酸化膜７を、例えば化学気相成長（ＣＶＤ）法等により形成する。その後、シリコン酸化膜７上に有機絶縁膜８を形成する。有機絶縁膜８の厚さは、メサ構造部２１の高さよりも大きくする。有機絶縁膜８の形成では、スピンコート法等により、例えばＢＣＢ等の溶液をシリコン酸化膜７上に塗布し、その後、適切な条件で熱処理（キュア）を施すことにより、固着させる。

次いで、図３Ｂ（ｄ）に示すように、有機絶縁膜８のドライエッチングを行い、有機絶縁膜８の表面をｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層５の表面にほぼ揃える。この結果、シリコン酸化膜７のｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層５上の部分が有機絶縁膜８の表面から突出する。有機絶縁膜８のドライエッチングとしては、例えば、Ｏ₂ガス及びＣＦ₄ガスの混合ガス（Ｏ₂ガスの流量：ＣＦ₄ガスの流量＝４：１）を用いたＲＩＥを行う。

その後、図３Ｂ（ｅ）に示すように、シリコン酸化膜７の有機絶縁膜８の表面から突出している部分をエッチングにより除去し、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層５の表面を露出させる。このエッチングとしては、ウェットエッチング及びドライエッチングのどちらを行ってもよい。

続いて、図３Ｂ（ｆ）に示すように、メサ構造部２１及び有機絶縁膜８上にハードマスク９を形成する。ハードマスク９の形成では、例えばメサ構造部２１及び有機絶縁膜８上にシリコン窒化膜を形成し、フォトリソグラフィー等を用いてこのシリコン窒化膜をパターニングする。ハードマスク９の幅は、メサ構造部２１の幅及び後に残存させる有機絶縁膜８の幅の和と同程度（例えば１０μｍ）とする。

次いで、図３Ｃ（ｇ）に示すように、ハードマスク９をマスクとして、シリコン酸化膜７が露出されるまで有機絶縁膜８をエッチングする。有機絶縁膜８のエッチングとしては、例えば、Ｏ₂ガス及びＣＦ₄ガスの混合ガス（Ｏ₂ガスの流量：ＣＦ₄ガスの流量＝４：１）を用いたＲＩＥを行う。

その後、図３Ｃ（ｈ）に示すように、ハードマスク９を除去する。続いて、シリコン窒化膜１０を、例えばＣＶＤ法等により形成する。次いで、シリコン窒化膜１０上に有機絶縁膜１１を形成する。有機絶縁膜１１の厚さは、メサ構造部２１の高さよりも大きくする。有機絶縁膜１１の形成では、例えば有機絶縁膜８の形成と同様の処理を行う。

その後、図３Ｃ（ｉ）に示すように、シリコン窒化膜１０が露出されるまで有機絶縁膜１１をエッチングする。有機絶縁膜１１のエッチングとしては、例えば、Ｏ₂ガス及びＣＦ₄ガスの混合ガス（Ｏ₂ガスの流量：ＣＦ₄ガスの流量＝４：１）を用いたＲＩＥを行う。続いて、シリコン窒化膜１０及び有機絶縁膜１１上にシリコン窒化膜１２を形成する。

次いで、図３Ｄ（ｊ）に示すように、シリコン窒化膜１２上に、電極２３を形成する予定の領域を開口する開口部を備えたレジストパターン１３を形成する。レジストパターン１３としては、例えば多層構造かつ庇構造のものを形成する。そして、レジストパターン１３をマスクとして、シリコン窒化膜１２及び１０をウェットエッチングすることにより、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層５を露出する開口部１４を形成する。

その後、図３Ｄ（ｋ）に示すように、レジストパターン１３を残したまま導電膜１５を形成する。導電膜１５の形成では、例えばＡｕ膜、Ｚｎ膜及びＡｕ膜をこの順で蒸着する。導電膜１５はｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層５から有機絶縁膜８にかけて形成され、また、レジストパターン１３上にも形成される。

続いて、図３Ｄ（ｌ）に示すように、レジストパターン１３をその上に形成されている導電膜１５ごと除去する。この結果、導電膜１５は開口部１４内のみに残存する。つまり、リフトオフの処理を行う。

次いで、図３Ｅ（ｍ）に示すように、全面に導電膜１６をスパッタリング法等により形成する。導電膜１６の形成では、例えばＴｉ膜、Ｐｔ膜及びＡｕ膜をこの順で蒸着する。

その後、図３Ｅ（ｎ）に示すように、電極２３を形成する予定の領域を開口する開口部を備えたレジストパターン１７を形成する。そして、導電膜１６をめっき用電極として用いためっき法により、レジストパターン１７の開口部内にＡｕ膜１８を形成する。

続いて、図３Ｅ（ｏ）に示すように、レジストパターン１７を除去する。更に、Ａｕ膜１８をマスクとして、ドライエッチングを行うことにより、Ａｕ膜１８から露出している導電膜１６を除去する。このようにして表面側の電極２３が形成される。

次いで、図３Ｆ（ｐ）に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板１の裏面を研磨して、ｎ−ＩｎＰ基板１の厚さを１５０μｍ程度とする。その後、ｎ−ＩｎＰ基板１の裏面の全体に導電膜１９を形成する。導電膜１９の形成では、例えばＡｕＧｅ膜及びＡｕ膜をこの順で蒸着し、パターニングを行う。続いて、導電膜１９をめっき用電極としためっき法により、導電膜１９上にＡｕ膜２０を形成する。このようにして裏面側の電極が形成される。

その後、熱処理を行うことにより、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層５及び導電膜１５を互いにオーミック接触させ、ｎ−ＩｎＰ基板１及び導電膜１９を互いにオーミック接触させる。更に、必要に応じて配線等を形成して半導体装置を完成させる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。図４は、第２の実施形態に係る半導体装置の構造を示す断面図である。

図４に示すように、有機絶縁膜１１がシリコン窒化膜１０を挟んで有機絶縁膜８の側方だけでなく、有機絶縁膜８の上方にも位置している。つまり、有機絶縁膜１１が、シリコン窒化膜１０の有機絶縁膜８上に位置する部分にも接している。他の構成は第１の実施形態と同様である。

このような第２の実施形態によっても第１の実施形態と同様の効果が得られる。更に、第１の実施形態と比較して有機絶縁膜１１がシリコン窒化膜１０から剥がれにくくなる。これは、有機絶縁膜１１の有機絶縁膜８上方に位置している部分がシリコン窒化膜１０の表面に密着しているため、この部分が剥がれに対する抵抗となるからである。

次に、第２の実施形態に係る半導体装置を製造する方法について説明する。図５は、第２の実施形態に係る半導体装置を製造する方法を工程順に示す断面図である。

先ず、第１の実施形態と同様にして有機絶縁膜１１の形成までの処理を行う（図３Ｃ（ｈ））。次いで、図５（ａ）に示すように、シリコン窒化膜１０の有機絶縁膜８上に位置する部分上に、０．２μｍ〜０．７μｍ（例えば０．５μｍ）残して有機絶縁膜１１をエッチングする。有機絶縁膜１１のエッチングとしては、例えば、Ｏ₂ガス及びＣＦ₄ガスの混合ガス（Ｏ₂ガスの流量：ＣＦ₄ガスの流量＝４：１）を用いたＲＩＥを行う。

その後、図５（ｂ）に示すように、有機絶縁膜１１上にシリコン窒化膜１２を形成する。

続いて、図５（ｃ）に示すように、シリコン窒化膜１２上に、電極２３を形成する予定の領域を開口する開口部を備えたレジストパターン１３を形成する。レジストパターン１３としては、例えば多層構造かつ庇構造のものを形成する。そして、レジストパターン１３をマスクとして、シリコン窒化膜１２をウェットエッチングし、有機絶縁膜１１をドライエッチングし、更にシリコン窒化膜１０をウェットエッチングすることにより、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層５を露出する開口部１４を形成する。

その後、第１の実施形態と同様にして導電膜１５の形成以降の処理を行って半導体装置を完成させる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、光導波路を備えたマッハツェンダー（ＭＺ：Mach-Zehnder）光変調器に関する。図６は、第３の実施形態に係るＭＺ変調器の構成を示すレイアウト図である。また、図７（ａ）は図６中のＩ−Ｉ線に沿った断面図、（ｂ）は図６中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図、（ｃ）は図６中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。

図６に示すように、第３の実施形態に係るＭＺ変調器には、光の入力側から順に配列した分波部４１、位相変調部４２及び合波部４３が設けられている。分波部４１、位相変調部４２及び合波部４３には、これらの間を貫く２つの光導波路３１が設けられている。光導波路３１には曲がり導波路（湾曲部）も含まれている。分波部４１、位相変調部４２及び合波部４３は、図７に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板１を用いて形成されている。

分波部４１には、多モード干渉計（ＭＭＩ：Multi Mode Interferometer）光合波器３２が設けられている。このＭＭＩ光合波器３２は、その入力側に位置する２つの光導波路３１のいずれかを導波してきた光を分波して出力側に位置する２つの光導波路３１に分波して出力する。

位相変調部４２には、２つの光導波路３１内の半導体層の屈折率を変化させる電界を印加する電極３３を備えた位相変調器が設けられている。この位相変調器では、半導体層の屈折率の変化に応じて２つの光導波路３１を通過する信号光間の干渉状態が調整される。

合波部４３には、ＭＭＩ光合波器３４が設けられている。このＭＭＩ光合波器３４は、その入力側に位置する２つの光導波路３１を導波してきた光を合波して出力側に位置する２つの光導波路３１に出力する。

図７（ａ）は位相変調部４２内のＩ−Ｉ線に沿った断面を示している。図７（ａ）に示すように、各光導波路３１の断面構造は第１の実施形態と同様であり、第１の実施形態における電極２３が電極３３として機能する。また、位相変調部４２内の光導波路３１がアームとして機能する。

図７（ｂ）は分波部４１内のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面を示している。図７（ｂ）に示すように、ＭＭＩ光合波器３２には、入力側の２つの光導波路３１を統合した一つの光導波路が設けられている。ＭＭＩ光合波器３２は、開口部１４及び電極２３が設けられていないこと、並びにｎ−ＩｎＰクラッド層２、ｉ−ＩｎＧａＡｓＰコア層３、ｐ−ＩｎＰクラッド層４及びｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層５の幅が広いことを除き、第１の実施形態に示すものと同様の断面構造を備えている。このＭＭＩ光合波器３２の後段には、ＭＭＩ光合波器３２の光導波路を２分した光導波路３１が位置する。合波部４３のＭＭＩ光合波器３４の断面構造も同様である。

図７（ｃ）は分波部４１内のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面を示している。図７（ｃ）に示すように、ＭＭＩ光合波器３２の入力側の２つの光導波路３１は、開口部１４及び電極２３が設けられていないことを除き、第１の実施形態に示すものと同様の断面構造を備えている。

このように、第１の実施形態の構造を採用してＭＺ変調器を構成することができる。第２の実施形態の構造を採用してもよい。

また、曲がり導波路を含む光導波路３１のレイアウトを調整するためにはハードマスク６のパターンを調整すればよく、電極３３のレイアウトを調整するためにはレジストパターン１３のパターンを調整すればよい。アクティブデバイスである位相変調部４２の形成と並行して、パッシブデバイスである入出力用の光導波路３１、ＭＭＩ光合波器３２及び３４並びに曲がり導波路等を形成することにより、半導体装置全体の上面の平坦性を確保することができる。

なお、必要に応じて位相調整領域を設けて、位相調整領域の有機絶縁膜及び電極に第１又は第２の実施形態と同様の構造を採用してもよい。また、電界吸収型（ＥＡ：Electro-Absorption）変調器の光吸収領域の電極周辺に第１又は第２の実施形態と同様の構造を採用してもよい。この場合、光導波路を構成する半導体層の吸収係数を変化させる電界を印加させるために電極を用いればよい。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。図８は、第４の実施形態に係る半導体装置の構造を示す断面図である。

第１の実施形態のメサ構造部２１がハイメサ構造を有しているのに対し、第４の実施形態には、リッジ構造のメサ構造部２４が設けられている。つまり、ｎ−ＩｎＰ基板１上にｎ−ＩｎＰクラッド層２及びｉ−ＩｎＧａＡｓＰコア層３が形成され、その上にリッジ構造のメサ構造部２４が設けられている。メサ構造部２４には、ｐ−ＩｎＰクラッド層４及びｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層５が含まれている。そして、メサ構造部２４が埋め込み部２２により埋め込まれている。他の構成は第１の実施形態と同様である。

このような第４の実施形態によっても第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。そして、求められる特性に応じてハイメサ構造を採用した第１の実施形態、リッジ構造を採用した第４の実施形態を選択することができる。なお、第２の実施形態においてリッジ構造を採用してもよい。

（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について説明する。第１〜第４の実施形態が光導波路に関するものであるのに対し、第５の実施形態は半導体レーザに関するものである。図９は、第５の実施形態に係る半導体装置の構造を示す断面図である。

図９に示すように、第５の実施形態に係る半導体装置では、基板５１上に、クラッド層５２及び活性層５３が形成されている。そして、活性層５３上にリッジ構造のメサ構造部７４が形成されている。メサ構造部７４には、クラッド層５４及びコンタクト層５５が含まれている。

そして、メサ構造部７４が埋め込み部７２により埋め込まれている。埋め込み部７２には、シリコン酸化膜５７、有機絶縁膜５８、シリコン窒化膜６０及び有機絶縁膜６１が含まれている。シリコン酸化膜５７は、メサ構造部７４の側面及びクラッド層５４の表面を直接覆っている。有機絶縁膜５８は、シリコン酸化膜５７のメサ構造部７４の側面に接する部分に接するようにしてメサ構造部７４の両側に形成されている。つまり、シリコン酸化膜５７の一部がメサ構造部７４及び有機絶縁膜５８により挟まれている。シリコン窒化膜６０は、有機絶縁膜５８の上面及び側面、並びにシリコン酸化膜５７の有機絶縁膜５８から露出している部分を覆っている。つまり、有機絶縁膜５８は基板５１の表面に平行な方向においてシリコン酸化膜５７及びシリコン窒化膜６０により挟まれている。有機絶縁膜６１は、シリコン窒化膜６０の有機絶縁膜５８の側面に接する部分に接するようにしてメサ構造部７４の両側に形成されている。つまり、シリコン窒化膜６０の一部が有機絶縁膜５８及び６１により挟まれている。有機絶縁膜５８及び６１は、例えばＢＣＢを主原料として含んでいる。

更に、シリコン窒化膜６０及び有機絶縁膜６１を覆うシリコン窒化膜６２が形成されている。シリコン窒化膜６２及び６０には、有機絶縁膜５８の一部及びコンタクト層５５を露出する開口部６４が形成されており、開口部６４内に電極６５が形成されている。

また、基板５１の裏面には電極６６が形成されている。

このような第５の実施形態のような半導体レーザにおいても第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。特に、半導体レーザにおいては、寄生容量の低下及び表面の平坦度の向上の面で好適である。

なお、いずれの実施形態においても特に材料は限定されない。例えばＩｎＰ系半導体に代えて他の化合物半導体を用いてもよい。また、コア層等の組成波長も上記のものに限定されない。また、無機絶縁膜及び有機絶縁膜の材料もシリコン酸化物、シリコン窒化物、ＢＣＢに限定されない。また、電極の材料も上記のものに限定されない。各膜の形成方法及び厚さ等も上記のものに限定されない。

以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。

（付記１）
メサ構造部を備えた光半導体素子と、
前記メサ構造部を少なくとも側方から埋め込む埋め込み部と、
前記メサ構造部に接続された電極と、
を有し、
前記埋め込み部は、
前記メサ構造部の側方に形成された第１の有機絶縁膜と、
前記第１の有機絶縁膜よりも前記メサ構造部から離間して形成された第２の有機絶縁膜と、
前記第１の有機絶縁膜と前記第２の有機絶縁膜との間に形成された無機絶縁膜と、
を有することを特徴とする半導体装置。

（付記２）
前記第２の有機絶縁膜の一部は、前記第１の有機絶縁膜の上方まで延在していることを特徴とする付記１に記載の半導体装置。

（付記３）
前記電極は、前記光半導体素子の上面及び前記第１の有機絶縁膜の上面に接していることを特徴とする付記１又は２に記載の半導体装置。

（付記４）
前記光半導体素子は、光導波路を含むことを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置。

（付記５）
前記光半導体素子は、前記電極から印加された電界に応じて屈折率が変化する半導体層を含むことを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置。

（付記６）
前記光半導体素子は、前記電極から印加された電界に応じて吸収係数が変化する半導体層を含むことを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置。

（付記７）
前記無機絶縁膜は、前記メサ構造部の側面に平行に広がり前記第１の有機絶縁膜と前記第２の有機絶縁膜とを分断する部位を有することを特徴とする付記１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置。

（付記８）
前記第１の有機絶縁膜と前記メサ構造部との間に形成された第２の無機絶縁膜を有することを特徴とする付記１乃至７のいずれか１項に記載の半導体装置。

（付記９）
前記第２の無機絶縁膜は、前記第１の有機絶縁膜及び前記第２の有機絶縁膜と前記光半導体素子との間に延在していることを特徴とする付記８に記載の半導体装置。

（付記１０）
メサ構造部を備えた光半導体素子を形成する工程と、
前記メサ構造部を少なくとも側方から埋め込む埋め込み部を形成する工程と、
前記メサ構造部に接続される電極を形成する工程と、
を有し、
前記埋め込み部を形成する工程は、
前記メサ構造部の側方に第１の有機絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の有機絶縁膜よりも前記メサ構造部から離間する第２の有機絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の有機絶縁膜と前記第２の有機絶縁膜との間に無機絶縁膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。

（付記１１）
前記第２の有機絶縁膜の一部を、前記第１の有機絶縁膜の上方まで延在させることを特徴とする付記１０に記載の半導体装置の製造方法。

（付記１２）
前記電極を、前記光半導体素子の上面及び前記第１の有機絶縁膜の上面に接するように形成することを特徴とする付記１０又は１１に記載の半導体装置の製造方法。

（付記１３）
前記光半導体素子を形成する工程は、光導波路を形成する工程を含むことを特徴とする付記１０乃至１２のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

（付記１４）
前記光半導体素子を形成する工程は、前記電極から印加された電界に応じて屈折率が変化する半導体層を形成する工程を含むことを特徴とする付記１０乃至１２のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

（付記１５）
前記光半導体素子を形成する工程は、前記電極から印加された電界に応じて吸収係数が変化する半導体層を形成する工程を含むことを特徴とする付記１０乃至１２のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

（付記１６）
前記無機絶縁膜を、前記メサ構造部の側面に平行に広がり前記第１の有機絶縁膜と前記第２の有機絶縁膜とを分断する部位を有するように形成することを特徴とする付記１０乃至１５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

（付記１７）
前記無機絶縁膜を前記第２の有機絶縁膜よりも先に形成することを特徴とする付記１０乃至１６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

（付記１８）
前記第１の有機絶縁膜と前記メサ構造部との間に第２の無機絶縁膜を形成する工程を有することを特徴とする付記１０乃至１７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

（付記１９）
前記第２の無機絶縁膜を、前記第１の有機絶縁膜及び前記第２の有機絶縁膜と前記光半導体素子との間に延在させることを特徴とする付記１８に記載の半導体装置の製造方法。

１：ｎ−ＩｎＰ基板
２：ｎ−ＩｎＰクラッド層
３：ｉ−ＩｎＧａＡｓＰコア層
４：ｐ−ＩｎＰクラッド層
５：ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層
７：シリコン酸化膜
８：有機絶縁膜
１０：シリコン窒化膜
１１：有機絶縁膜
２１：メサ構造部
２２：埋め込み部
２３：電極
３１：光導波路
３２：ＭＭＩ光合波器
３３：電極
３４：ＭＭＩ光合波器
４１：分波部
４２：位相変調部
４３：合波部

Claims (6)

1. メサ構造部を備えた光半導体素子と、
   前記メサ構造部を少なくとも側方から埋め込む埋め込み部と、
   前記メサ構造部に接続された電極と、
   を有し、
   前記埋め込み部は、
   前記メサ構造部の側方に形成された第１の有機絶縁膜と、
   前記第１の有機絶縁膜よりも前記メサ構造部から離間して形成された第２の有機絶縁膜と、
   前記第１の有機絶縁膜と前記第２の有機絶縁膜との間に形成された無機絶縁膜と、
   を有することを特徴とする半導体装置。
2. 前記第２の有機絶縁膜の一部は、前記第１の有機絶縁膜の上方まで延在していることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記電極は、前記光半導体素子の上面及び前記第１の有機絶縁膜の上面に接していることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
4. 前記無機絶縁膜は、前記メサ構造部の側面に平行に広がり前記第１の有機絶縁膜と前記第２の有機絶縁膜とを分断する部位を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置。
5. 前記第１の有機絶縁膜と前記メサ構造部との間に形成された第２の無機絶縁膜を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置。
6. メサ構造部を備えた光半導体素子を形成する工程と、
   前記メサ構造部を少なくとも側方から埋め込む埋め込み部を形成する工程と、
   前記メサ構造部に接続される電極を形成する工程と、
   を有し、
   前記埋め込み部を形成する工程は、
   前記メサ構造部の側方に第１の有機絶縁膜を形成する工程と、
   前記第１の有機絶縁膜よりも前記メサ構造部から離間する第２の有機絶縁膜を形成する工程と、
   前記第１の有機絶縁膜と前記第２の有機絶縁膜との間に無機絶縁膜を形成する工程と、
   を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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