JP2014197150A - 半導体変調器を作製する方法、半導体変調器 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂を用いて光導波路の埋め込む構造において良好な密着性を有するパット電極を含む半導体変調器を提供する。【解決手段】下地構造２８は、無機絶縁層２４の第２部分２４ｂ及び金属体３０を含む。下地構造２８は第２エリア１３ｃに接触を成すと共にパッド電極を支持する。下地構造２８内の無機絶縁層２４（２４ｂ）は、第２エリア１３ａに接触しながら第２エリア１３ａ上を延在して、樹脂体２５の下に延在する無機絶縁層２４（２４ａ）に接続され、無機絶縁層２４の部分２４ｂ及び無機絶縁層２４の部分２４ａは同時に成膜される。無機絶縁層２４は、しっかりと金属体３０を基板１３に繋ぎ止めることができる。樹脂体２５は金属体３０の縁の少なくとも一部分上に設けられて、しっかりと金属体３０を基板１３に押さえつけている。金属体３０の上面は樹脂体２５に接触すると共に無機絶縁層２４に接触する。【選択図】図４

Description

本発明は、半導体変調器を作製する方法、及び半導体変調器に関する。

特許文献１は、リッジ導波路型レーザを開示する。リッジ導波路型レーザのリッジストライプは、ＢＣＢ樹脂を用いて埋め込まれている。

非特許文献１は、ＩｎＰ系マッハツェンダ変調器を開示する。ＩｎＰ系マッハツェンダ変調器の作製では、変調部のための導波路メサ構造を半絶縁性ＩｎＰ基板上に作製する。導波路メサ構造の側面はＢＣＢ樹脂で覆われている。

特開２００８−２０５０２５号公報

"40 Gbit/s n-i-n InP Mach-Zehnder modulator with a p voltage of 2.2 V," K. Tsuzuki, T. Ishibashi, T. Ito, S. Oku, Y. Shibata, R. Iga, Y. Kondo and Y. Tohmori, ELECTRONICS LETTERS 2nd October 2003 Vol. 39 No.20

マッハツェンダ変調器といった半導体変調器では、変調用の光導波路はＢＣＢ樹脂で埋め込まれている。発明者らの知見によれば、広い電極面積を必要とするパット電極がＢＣＢ樹脂から剥がれ易い。しかしながら、光導波路をＢＣＢ樹脂で埋め込むことは、マッハツェンダ変調器を高速に変調するために有効である。ＢＣＢ樹脂を用いる光導波路の埋め込みとパット電極の密着性の向上との両立が求められている。

本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、樹脂を用いて光導波路を埋め込む半導体変調器においてパット電極の密着性を良好にできる、半導体変調器を作製する方法を提供することを目的とする。また、本発明は、樹脂を用いて光導波路を埋め込む構造において良好な密着性を有するパット電極を含む半導体変調器を提供することを目的とする。

本発明に係る発明は、半導体変調器を作製する方法に係る。この方法は、（ａ）第１エリア及び第２エリアを含む主面を有する半絶縁性のＩｎＰ基板と、前記ＩｎＰ基板の前記主面上に設けられIII−Ｖ化合物半導体層からなる積層体とを含むエピタキシャル基板を準備する工程と、（ｂ）前記半導体変調器の光導波路を規定するパターンを有するマスクを用いて前記積層体をエッチングして、前記ＩｎＰ基板の前記第１エリア上に前記半導体変調器のための光導波路メサを形成する工程と、（ｃ）前記光導波路メサを埋め込むように樹脂体を前記ＩｎＰ基板上に形成する工程と、（ｄ）前記ＩｎＰ基板の前記第２エリア上において前記樹脂体に第１開口を形成する工程と、（ｅ）パッド電極のための下地構造を前記ＩｎＰ基板の前記第２エリアに形成する工程と、（ｆ）前記樹脂体の前記第１開口において、前記下地構造に接するようにパッド電極を形成する工程とを備える。前記下地構造は前記ＩｎＰ基板の前記第２エリアに接合を成し、前記下地構造は、III−Ｖ化合物半導体と異なる無機化合物の絶縁体を備える。

この作製方法によれば、パッド電極が樹脂体の第１開口に設けられるので、パッド電極が樹脂体上に設けられことを回避できる。また、無機化合物の絶縁体を備える下地構造が、ＩｎＰ基板の第２エリアに接合を成すと共にパッド電極に接する。これ故に、パッド電極の密着性を確保できる。

本発明に係る発明は、前記変調器の前記光導波路の第１部分への電気的接続のための第２開口を前記樹脂体に形成する工程と、前記第２開口に電極を形成する工程とを更に備えることができる。前記光導波路メサの前記第１部分は、第１導電型III−Ｖ化合物半導体の第１クラッド層と、III−Ｖ化合物半導体のコア層と、第２導電型III−Ｖ化合物半導体の第２クラッド層と、を含み、前記パッド電極は、前記第２開口の前記電極に金属配線を介して接続されており、前記金属配線は前記光導波路メサの第２部分上を通過する。

この作製方法によれば、パッド電極は、半導体変調器のための変調信号が印加されるように設けられ、この変調信号は金属配線を介して光導波路メサの第２部分に加えられる。金属配線は、光導波路メサの第２部分を通過するので、光導波路メサと容量的に接合する。

本発明に係る発明では、前記光導波路メサの前記第２部分は、前記第１クラッド層、前記コア層、及び前記第２クラッド層を含み、前記コア層は前記第１クラッド層と前記第２クラッド層との間に設けられ、前記光導波路メサの前記第２部分上において、前記樹脂体の厚さは２マイクロメートル以上であることができる。

この作製方法によれば、樹脂体の厚さが光導波路メサの第２部分上において上記の値に等しいので、光導波路メサの第２部分と金属配線との容量的な結合を低減できる。

本発明に係る発明では、前記下地構造は、厚さ２００ｎｍ以上のシリコン系無機絶縁膜を含むことができる。この作製方法によれば、下地構造に起因するリーク電流の増加の可能性を低減できる。

本発明に係る発明は、前記樹脂体を形成する前に、前記光導波路メサを覆うように第１絶縁膜を成長する工程と、前記樹脂体の前記第１開口において前記第１絶縁膜をエッチングする工程とを更に備えることができる。パッド電極のための下地構造を前記ＩｎＰ基板の前記第２エリアに形成する前記工程は、前記第１絶縁膜をエッチングした後に前記樹脂体及び前記ＩｎＰ基板上に第２絶縁膜を気相成長法で成長する工程を含み、前記第２絶縁膜は前記ＩｎＰ基板の前記第２エリアに接合を成し、前記下地構造は、前記第２エリアの前記第２絶縁膜を含む。

この作製方法によれば、第２絶縁膜は、樹脂体上だけでなくＩｎＰ基板上にも成長されてＩｎＰ基板の第２エリアに接合を成すので、ＩｎＰ基板へしっかりとした密着性を示す。

本発明に係る発明は、前記下地構造としての前記第２絶縁膜を成長した後に、前記パッド電極及び前記金属配線のためのパターンを有するシード層を前記樹脂体及び前記ＩｎＰ基板上に形成する工程を更に備えることができる。前記ＩｎＰ基板の前記第２エリア上の前記樹脂体に第１開口を形成する工程は、前記第１開口を規定するレジストマスクを前記樹脂体に形成する工程と、前記レジストマスクを用いて前記樹脂体の第１エッチングを行う工程と、前記樹脂体の前記第１エッチングの後に、前記レジストマスクのエッチングにより前記第１開口を拡大する工程と、前記レジストマスクの前記エッチングの後に、前記樹脂体の第２エッチングを行う工程と、を含み、前記シード層は前記第２絶縁膜に接触を成し、前記パッド電極及び前記金属配線は、前記金属層を用いてメッキ法により形成される。

この作製方法によれば、第２絶縁膜は、第１エッチング及び第２エッチングを含むドライエッチングにより形成された第１開口の樹脂側面及び樹脂体上面、並びにＩｎＰ基板の第２エリアにわたって成長される。第２絶縁膜は、テーパ付き開口に成長され、この第２絶縁膜上にシード層が形成される。

本発明に係る発明では、前記樹脂体は、ＢＣＢ樹脂を備え、前記第２絶縁膜は、シリコン酸化物及びシリコン窒化物の少なくともいずれかを備えることができる。この作製方法によれば、シリコン酸化物及びシリコン窒化物はＩｎＰ半導体に良好な密着性を示す。

本発明に係る発明では、前記下地構造を前記ＩｎＰ基板の前記第２エリアに形成する前記工程は、前記樹脂体を形成する前に、前記光導波路メサを覆うように第１絶縁膜を成長する工程と、前記樹脂体を形成する前に、前記ＩｎＰ基板の前記第２エリアにおいて前記第１絶縁膜上に金属体を形成する工程とを含むことができる。前記パッド電極は、前記樹脂体の前記第１開口に露出されており、前記金属体は前記パッド電極を支持する。

この作製方法によれば、樹脂体を形成する前に、第１絶縁膜及び金属体を形成する。これ故に、ＩｎＰ基板の第２エリアにおいて第１絶縁膜及び金属体を含む構造物は、パッド電極のための下地構造を提供できる。

本発明に係る発明では、前記樹脂体は前記金属体の縁の少なくとも一部分上に設けられ、前記金属体の前記縁は前記第１絶縁膜と前記樹脂体との間に挟まれ、前記金属体の上面は前記樹脂体に接触する。この作製方法によれば、金属体の上面は樹脂体に接触するので、金属体は、下側から下地構造に固定されると共に、上側から樹脂体に抑えられる。

本発明に係る発明は、前記金属体上及び前記樹脂体上に第３絶縁膜を気相成長法で成長する工程と、前記第３絶縁膜にパターン形成して、前記金属体上に開口を形成する工程とを更に備えることができる。前記金属体の上面は前記第３絶縁膜に接触し、前記樹脂体の前記第１開口は前記金属体上において前記第３絶縁膜の開口のサイズより大きなサイズを有する。この作製方法によれば、金属体の上面は第３絶縁膜に接触するので、金属体は、下側から下地構造に固定されると共に、上側から第３絶縁膜に抑えられる。

本発明に係る発明では、前記樹脂体は、ＢＣＢ樹脂を備え、前記第３絶縁膜は、シリコン酸化物又はシリコン窒化物を備えることができる。この作製方法によれば、ＢＣＢ樹脂はシリコン酸化物及びシリコン窒化物に良好な密着性を示し、またシリコン酸化物及びシリコン窒化物はＩｎＰ半導体に良好な密着性を示す。

本発明に係る半導体変調器は、（ａ）第１エリア及び第２エリアを有する主面を有する半絶縁性のＩｎＰ基板と、（ｂ）前記ＩｎＰ基板の前記第１エリア上に設けられた変調用の光導波路メサと、（ｃ）前記光導波路メサに電気信号を供給する電極と、（ｄ）前記ＩｎＰ基板の前記第１エリアにおいて前記光導波路メサを埋め込む樹脂体と、（ｅ）前記ＩｎＰ基板の前記第１エリア上の前記光導波路メサを覆う第１部分、及び前記ＩｎＰ基板の前記第２エリアに接触を成す第２部分を有する無機絶縁層と、（ｆ）前記ＩｎＰ基板の前記第２エリア上に設けられ前記電気信号を受けるパッド電極と、（ｇ）前記電極を前記パッド電極に接続する金属配線層とを備える。前記パッド電極は、下地構造上に設けられ、前記下地構造は、前記無機絶縁層の前記第２部分と、前記無機絶縁層の前記第２部分に接触を成す金属体とを含み、前記下地構造は、前記ＩｎＰ基板の前記第２エリアに接触を成すと共に、前記パッド電極を支持する。

本発明に係る半導体変調器は、前記パッド電極の位置に合わせた開口を有すると共に前記樹脂体上に設けられたシリコン系無機絶縁膜を更に備えることができる。前記樹脂体は前記金属体の縁の少なくとも一部分上に設けられ、前記金属体の上面は前記樹脂体に接触すると共に前記シリコン系無機絶縁膜に接触する。

本発明に係る半導体変調器は、（ａ）第１エリア及び第２エリアを有する主面を有する半絶縁性のＩｎＰ基板と、（ｂ）前記ＩｎＰ基板の前記第１エリア上に設けられた変調用の光導波路メサと、（ｃ）前記光導波路メサに電気信号を供給する電極と、（ｄ）前記ＩｎＰ基板の前記第１エリアにおいて前記光導波路メサを埋め込む樹脂体と、（ｅ）前記ＩｎＰ基板の前記第１エリア上の前記樹脂体を覆う第１部分、及び前記ＩｎＰ基板の前記第２エリアに接触を成す第２部分を有する無機絶縁層と、（ｆ）前記ＩｎＰ基板の前記第２エリア上に設けられ前記電気信号を受けるパッド電極と、（ｇ）前記電極を前記パッド電極に接続する金属配線層とを備える。前記パッド電極は、下地構造上に設けられ、前記下地構造は、前記無機絶縁層の前記第２部分を含み、前記下地構造は、前記ＩｎＰ基板の前記第２エリアに接触を成すと共に、前記パッド電極を支持し、前記光導波路は第１部分及び第２部分を有し、前記光導波路メサの前記第１部分は、第１導電型III−Ｖ化合物半導体の第１クラッド層と、III−Ｖ化合物半導体のコア層と、第２導電型III−Ｖ化合物半導体の第２クラッド層と、を含み、前記コア層は前記第１クラッド層と前記第２クラッド層との間に設けられ、前記樹脂体は、前記光導波路の前記第１部分上に設けられた第２開口を有し、前記光導波路メサの前記第２部分は、前記第１クラッド層、前記コア層、及び前記第２クラッド層を含み、前記パッド電極は、前記第２開口の前記電極に金属配線を介して接続されており、前記金属配線は前記光導波路メサの前記第２部分上を通過し、前記樹脂体は、前記金属配線と前記光導波路メサとの間に設けられている。

以上説明したように、本発明によれば、樹脂を用いて光導波路を埋め込む半導体変調器においてパット電極の密着性を良好にできる、半導体変調器を作製する方法が提供される。また、本発明によれば、樹脂を用いて光導波路を埋め込む構造において良好な密着性を有するパット電極を含む半導体変調器が提供される。

図１は、本実施の形態に係る、半導体変調器を概略的に示す図面である。 図２は、半導体変調器における光導波路の配置を示す図面である。 図３は、パッド電極付近の構造の一例を示す図面である。 図４は、パッド電極の付近の典型的な断面を示す図面である。 図５は、本実施の形態に係る半導体変調器を作製する方法における主要な工程を示す図面である。 図６は、本実施の形態に係る構造を作製する際の作製方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図７は、本実施の形態に係る構造を作製する際の作製方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図８は、本実施の形態に係る構造を作製する際の作製方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図９は、本実施の形態に係る構造を作製する際の作製方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図１０は、本実施の形態に係る構造を作製する際の作製方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図１１は、本実施の形態に係る構造を作製する際の作製方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図１２は、本実施の形態に係る構造を作製する際の作製方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図１３は、本実施の形態に係る構造を作製する際の作製方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図１４は、本実施の形態に係る構造を作製する際の作製方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図１５は、別の実施の形態に係る半導体変調器を作製する方法における主要な工程を示す図面である。 図１６は、別の実施の形態に係る構造を作製する際の作製方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図１７は、別の実施の形態に係る構造を作製する際の作製方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図１８は、別の実施の形態に係る構造を作製する際の作製方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図１９は、別の実施の形態に係る構造を作製する際の作製方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図２０は、別の実施の形態に係る構造を作製する際の作製方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図２１は、別の実施の形態に係る構造を作製する際の作製方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図２２は、別の実施の形態に係る構造を作製する際の作製方法における主要な工程を模式的に示す図面である。

添付図面を参照しながら、半導体変調器を作製する方法、半導体光素子を作製する方法、半導体変調器に係る本発明の実施形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。

図１は、本実施の形態に係る、半導体変調器を概略的に示す図面である。半導体変調器１３は多重光変調器装置に用いられる。この多重光変調器装置は、例えば半導体変調器１３に加えて、半導体変調器１３の光出力に光学的に結合された偏波合波装置と、半導体変調器１３へ駆動信号を印加する駆動回路１５とを含む。一実施例では、駆動回路１５、半導体変調器１３及び偏波合波装置１７はこの順に第１軸Ａｘ１の方向に配列されている。偏波合波装置１７は、第１ミラーと、偏波回転子と、偏波合波器とを備えることができる。図１を参照すると、直交座標系Ｓが示されており、一実施例では、Ｘ軸の方向に軸Ａｘ２が延在しており、Ｙ軸の方向に軸Ａｘ１が延在している。例えばＺ軸は半導体変調器１３の表面の法線方向に向いている。

図１の（ａ）部を参照すると、半導体変調器１３は、第１光出力ポート１２ａ、第２光出力ポート１２ｂ、及び光入力ポート１２ｃを有する。偏波合波装置１７において、偏波回転子は、半導体変調器１３の第１光出力ポート１２ａからの光Ｌ２を受ける。第１ミラーは、半導体変調器１３の第２光出力ポート１２ｂからの光Ｌ３を受ける。偏波合波器は、第１ミラーを介して半導体変調器１３の第２光出力ポート１２ｂに光学的に結合され、また偏波回転子を介して半導体変調器１３の第１光出力ポート１２ａに光学的に結合される。

半導体変調器１３は、第１縁１３ａ及び第２縁１３ｂを有する。第１縁１３ａ及び第２縁１３ｂは第１軸Ａｘ１に交差し、第１縁１３ａ及び第２縁１３ｂの各々は、第１軸Ａｘ１に交差する第２軸Ａｘ２の方向に延在する。駆動回路１５、半導体変調器１３の第１縁１３ａ、及び半導体変調器１３の第２縁１３ｂは、この順に第１軸Ａｘ１の方向に順に配列されている。

半導体変調器１３の第１光出力ポート１２ａ及び第２光出力ポート１２ｂは半導体変調器１３の第２縁１３ｂに位置する。半導体変調器１３は、光分岐器２７、第１光合波器２９ａ（２９）、第２光合波器２９ｂ（２９）、第１群の光変調器３１、及び第２群の光変調器３３を含む。光分岐器２７、第１光合波器２９ａ、第２光合波器２９ｂ、第１群の光変調器３１、及び第２群の光変調器３３は光学素子を構成する。第１群の光変調器３１は第１光合波器２９ａを介して第１光出力ポート１２ａに結合される。第２群の光変調器３３は第２光合波器２９ｂを介して第２光出力ポート２９ｂに光学的に結合される。第１群の光変調器３１及び第２群の光変調器３３は光分岐器２７を介して光入力ポート１２ｃに光学的に結合される。

第１群の光変調器３１は第１光変調器２０Ａ及び第２光変調器２０Ｂを含む。第２群の光変調器３３は第３光変調器２０Ｃ及び第４光変調器２０Ｄを含む。第１光変調器２０Ａ、第２光変調器２０Ｂ、第３光変調器２０Ｃ及び第４光変調器２０Ｄは光分岐器２７を介して光入力ポート１２ｃに光学的に結合される。

半導体変調器１３において、第１入力１４ａ、第２入力１４ｂ、第３入力１６ａ及び第４入力１６ｂは、半導体変調器１３の第１縁１３ａに沿って配列される。半導体変調器１３は、第１群の入力１４及び第２群の入力１６を有する。第１群の入力１４は第１入力１４ａ及び第２入力１４ｂからなる。第２群の入力１６は第３入力１６a及び第４入力１６ｂからなる。駆動回路１５は、半導体変調器１３の第１入力１４ａ、第２入力１４ｂ、第３入力１６a及び第４入力１６ｂに電気的に接続される。

半導体変調器１３は、第１群の入力１４をそれぞれ第１群の光変調器３１に接続する第１群の配線と、第２群の入力１６をそれぞれ第２群の光変調器３３に接続する第２群の配線とを備える。第１群の配線は入力ポート１２ｃからの光導波路上を通過する。第２群の配線の一方の変調器に至る配線は入力ポート１２ｃからの光導波路上を通過し、第２群の配線の他方の変調器のための配線は入力ポート１２ｃからの光導波路上を通過すること無しに変調器に至る。

半導体変調器１３は、入力ポート１２ｃに入力光Ｌ１を受ける。第１光出力ポート１２ａへの出力光Ｌ２に係る第１群の光変調器３１は第１群の配線導体を介して一群の駆動信号を受け、第２光出力ポート１２ｂへの出力光Ｌ３に係る第２群の光変調器３３は第２群の配線導体を介して一群の駆動信号を受ける。

半導体変調器１３において第１縁１３ａは第２縁１３ｂの反対側にあり、第１光出力ポート１２ａ及び第２光出力ポート１２ｂは半導体変調器の第２縁に位置する一方で、第１入力１４ａ、第２入力１４ｂ、第３入力１６ａ及び第４入力１６ｂは半導体変調器１３の第１縁１３ａに沿って配列されるので、電気信号の入力を行う縁１３ａが光信号の出力を行う縁１３ｂの反対側にある。半導体変調器１３の一縁１３ａにおいて電気信号を受けて、該電気信号を変調器（２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ）により光信号に変換して、該光信号を半導体変調器１３の反対の縁１３ｂで出力できる。信号（電気信号及び光信号）が第１軸Ａｘ１の方向に流れるので、電気信号を導く入力配線、及び光信号を導く光導波路も第１軸Ａｘ１に沿って配列される。

半導体変調器１３は第３縁１３ｃ及び第４縁１３ｄを有する。第３縁１３ｃ及び第４縁１３ｄの各々は、第２軸Ａｘ２に交差する第３軸Ａｘ３の方向に延在する。光入力ポート１２ｃは第３縁１３ｃに位置する。第１変調器〜第４変調器２０Ａ〜２０Ｄは第２軸Ａｘ２の方向に配列されることができる。

図１の（ｂ）部を参照すると、半導体変調器１３は、基板２１と、III−Ｖ化合物半導体層からなる積層体２３とを備える。基板２１はIII−Ｖ化合物半導体からなることができる。基板２１の主面２１ａ上には、光導波路のための半導体積層を含む積層体２３が設けられている。積層体２３は、第１導電型の第１コンタクト層２３ａ、第１導電型の第１クラッド層２３ｂ、コア層２３ｃ、第２導電型の第２クラッド層２３ｄ、及び第２導電型の第２コンタクト層２３ｅを含み、これらは基板２１の主面２１ａ上に順に配列されている。積層体２３は、メサ構造の光導波路を含む。光導波路メサの上面及び側面、並びに基板２１の主面２１ａは無機絶縁膜２４で覆われている。光導波路メサの積層体２３及び無機絶縁膜２４は樹脂体２５で埋め込まれている。また、樹脂体２５の表面は、無機絶縁膜２６が覆われている。

基板２１及び積層体２３の一例。
基板２１：半絶縁性のＩｎＰ。
ｎ＋型の第１コンタクト層２３ａ；ＳｉドープＩｎＰ。
ｎ型の第１クラッド層２３ｂ：ＳｉドープＩｎＰ。
ｉ型コア層２３ｃ：アンドープＧａＩｎＡｓＰ。
ｐ型の第２クラッド層２３ｄ：ＺｎドープＩｎＰ。
ｐ＋型の第２コンタクト層２３ｅ；ＺｎドープＩｎＰ。
樹脂体２５：ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）樹脂。
無機絶縁膜２４：シリコン酸化物。
無機絶縁膜２６：シリコン酸化物。

図１の（ａ）部を再び参照すると、基板２１の主面２１ａは第１エリア２１ｂ及び第２エリア２１ｃを含む。第１エリア２１ｂ上には、半導体変調器１３のための光導波路メサを設ける。第２エリア２１ｃ上には、入力１４、１６のためのパッド電極の構造物を設ける。半導体変調器１３のための光導波路メサは、積層体２３の層構造を有する。樹脂体２５は、第２エリア２１ｃ上に設けられパッド電極のための一又は複数の第１開口を有する。

図２は、半導体変調器における光導波路の配置を示す図面である。図２を参照して、半導体変調器１３における光導波路の配置を説明する。

半絶縁性のＩｎＰ基板といった支持体上に、４つの光変調器２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄが並列に配置されている。半導体変調器１３は二つの光出力ポート１２ａ、１２ｂ及び光入力ポート１２ｃを備える。光入力ポート１２ｃには一本の光入力導波路４０の一端が接続されている。本実施例では、光変調器２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄはマッハツェンダ変調器（ＭＺＩ）を含むことができる。

光入力導波路４０の他端は１×２ＭＭＩカプラ４１の入力端に接続されており、１×２ＭＭＩカプラ４１の二つの出力端は、それぞれ、曲線導波路４１Ａ, ４１Ｂを介して、二つの１×２ＭＭＩカプラ４２Ａ、４２Ｂの入力端に接続されている。１×２ＭＭＩカプラ４２Ａの２出力端は、曲線導波路４３Ａ、４３Ｂを介して、２つの１×２ＭＭＩカプラ４４Ａ、４４Ｂの入力端に接続されている。１×２ＭＭＩカプラ４２Ｂの２出力端には、曲線導波路４３Ｃ、４３Ｄを介して、２つの１×２ＭＭＩカプラ４４Ｃ、４４Ｄの入力端に接続されている。

１×２ＭＭＩカプラ４４Ａの２つの出力端は、それぞれ、曲線導波路４４Ａ−１、４４Ａ−２を介して変調導波路４４Ａ−３及び４４Ａ−４に接続される。１×２ＭＭＩカプラ４４Ｂの２出力端は、それぞれ、曲線導波路４４Ｂ−１、４４Ｂ−２を介して変調導波路４４Ｂ−３及び４４Ｂ−４に接続される。１×２ＭＭＩカプラ４４Ｃの２出力端は、それぞれ、曲線導波路４４Ｃ−１、４４Ｃ−２を介して変調導波路４４Ｃ−３及び４４Ｃ−４に接続される。１×２ＭＭＩカプラ４４Ｄの２出力端は、それぞれ、曲線導波路４４Ｄ−１、４４Ｄ−２を介して変調導波路４４Ｄ−３及び４４Ｄ−４に接続される。

変調用導波路４４Ａ−３及び４４Ａ−４は、それぞれ、曲線導波路４４Ａ−５及び４４Ａ−６を介して、１×２ＭＭＩカプラ４５Ａの２つの入力端に接続されている。変調用導波路４４Ｂ−３及び４４Ｂ−４は、それぞれ、曲線導波路４４Ｂ−５及び４４Ｂ−６を介して、１×２ＭＭＩカプラ４５Ｂの２つの入力端に接続されている。変調用導波路４４Ｃ−３及び４４Ｃ−４は、それぞれ、曲線導波路４４Ｃ−５及び４４Ｃ−６を介して、１×２ＭＭＩカプラ４５Ｃの２つの入力端に接続されている。変調用導波路４４Ｄ−３及び４４Ｄ−４は、それぞれ、曲線導波路４４Ｄ−５及び４４Ｄ−６を介して、１×２ＭＭＩカプラ４５Ｄの２つの入力端に接続されている。

１×２ＭＭＩカプラ４５Ａ及び４５Ｂ各々の１つの出力端は、曲線導波路５５Ａ及び５５Ｂを介して２×２ＭＭＩカプラ５６Ａの入力端に接続されている。１×２ＭＭＩカプラ４５Ｃ及び４５Ｄ各々の１つの出力端は、曲線導波路５５Ｃ及び５５Ｄを介して２×２ＭＭＩカプラ５６Ｂの入力端に接続されている。２×２ＭＭＩカプラ５６Ａにおける一方の出力端が光出力ポート１２ａに接続され、２×２ＭＭＩカプラ５６Ｂにおける一方の出力端が光出力ポート１２ｂに接続される。

第１変調器２０Ａ、第２変調器２０Ｂ、第３変調器２０Ｃ及び第４変調器２０Ｄの各々は、図２に示されるように、マッハツェンダ変調器を含むことができる。第１変調器２０Ａは、１×２ＭＭＩカプラ４４Ａ、変調用導波路（第１アーム導波路）４４Ａ−３、変調用導波路（第２アーム導波路）４４Ａ−４、及び１×２ＭＭＩカプラ４５Ａを備える。第２変調器２０Ｂは、１×２ＭＭＩカプラ４４Ｂ、一の変調用導波路（第１アーム導波路）４４Ｂ−３、他の変調用導波路（第２アーム導波路）４４Ｂ−４、及び１×２ＭＭＩカプラ４５Ｂを備える。第３変調器２０Ｃは、１×２ＭＭＩカプラ４４Ｃ、変調用導波路（第１アーム導波路）４４Ｃ−３、変調用導波路（第２アーム導波路）４４Ｃ−４、及び１×２ＭＭＩカプラ４５Ｃを備える。第４変調器２０Ｄは、１×２ＭＭＩカプラ４４Ｄ、変調用導波路（第１アーム導波路）４４Ｄ−３、変調用導波路（第２アーム導波路）４４Ｄ−４、及び１×２ＭＭＩカプラ４５Ｄを備える。この偏波多重光変調器装置１１によれば、マッハツェンダ変調器は、２つのアーム導波路とこれらのアーム導波路に駆動信号を供給する変調電極とから構成される。

図３は、パッド電極付近の構造の一例を示す図面である。図３の（ａ）部は、第１入力１４ａ、第２入力１４ｂ、第３入力１６ａ及び第４入力１６ｂを示す平面図である。これらの入力１４a、１４ｂ、１６a、１６ｂの各々は電極を含む。この電極は３つのパッド電極ＳＰ、Ｇ、ＳＮを含み、パッド電極ＳＰは変調信号の差動信号の一方を受け、パッド電極ＳＮは変調信号の差動信号の他方を受け、パッド電極Ｇは接地線である。パッド電極ＳＰ、Ｇ、ＰＮの各々は、第１部分ＰＥＤ１、第２部分ＰＥＤ２、及び第３部分ＰＥＤ３を含む。第１部分ＰＥＤ１、第２部分ＰＥＤ２、及び第３部分ＰＥＤ３の長さは、それぞれ、例えば１５０μｍ、１５μｍ、及び１６０μｍである。

入力１４ａ、１４ｂ、１６a、１６ｂの各々おけるパッド電極は金属配線層ＷＲを介して電極に接続されており、この電極はマッハツェンダ変調器のための光導波路メサに電気信号を供給する。

図４は、パッド電極の付近の典型的な断面を示す図面である。図４の（ａ）部は、図３におけるII−II線に沿ってとられる断面の一例を示す。図４の（ａ）部に示される第１構造では、図１の（ａ）部に示されるように、無機絶縁層２６は、第１エリア１３ｂ上の樹脂体２５の表面を覆う第１部分２６ａと、第２エリア１３ｃに接触を成す第２部分２６ｂを有する。一方、無機絶縁層２４は第１エリア１３ｂ上の光導波路メサを覆っており、樹脂体２５と第１エリア１３ｂとの間に設けられている。樹脂体２５の開口の縁において、無機絶縁層２４は無機絶縁層２６に接続されている。

図４の（ａ）部に示されるように、入力１４a、１４ｂ、１６a、１６ｂの各々におけるパッド電極は、下地構造２８上に設けられる。下地構造２８は無機絶縁層２６の第２部分２６ｂを含む。また、下地構造２８は第２エリア１３ｃに接触を成すと共にパッド電極を支持する。下地構造２８内の無機絶縁層２６（２６ｂ）は、第２エリア１３ａに接触しながら第２エリア１３ａ上を延在して、樹脂体２５上に延在する無機絶縁層２６（２６ａ）に接続され、無機絶縁層２６の部分２６ｂ及び無機絶縁層２６の部分２６ａは同時に成膜される。

図４の（ｂ）部は、図３におけるII−II線に沿ってとられる断面の別の例を示す。図４の（ｂ）部に示される第２構造では、無機絶縁層２４は、第１エリア１３ｂの表面を覆う第１部分２４ａと、第２エリア１３ｃに接触を成す第２部分２４ｂを有する。また、無機絶縁層２４は第１エリア１３ｂ上の光導波路メサを覆っており、樹脂体２５と第１エリア１３ｂとの間に設けられている。

図４の（ｂ）部に示される実施例では、下地構造２８は、無機絶縁層２４の第２部分２４ｂ及び金属体３０を含む。金属体３０は、無機絶縁層２４の第２部分２４ｂに接触を成す。下地構造２８は第２エリア１３ｃに接触を成すと共にパッド電極を支持する。下地構造２８内の無機絶縁層２４（２４ｂ）は、第２エリア１３ａに接触しながら第２エリア１３ａ上を延在して、樹脂体２５の下に延在する無機絶縁層２４（２４ａ）に接続され、無機絶縁層２４の部分２４ｂ及び無機絶縁層２４の部分２４ａは同時に成膜される。無機絶縁層２４は、しっかりと金属体３０を基板１３に繋ぎ止めることができる。

樹脂体２５は金属体３０の縁の少なくとも一部分上に設けられて、しっかりと金属体３０を基板１３に押さえつけることができる。金属体３０の上面は樹脂体２５に接触すると共に無機絶縁層２４に接触する。

無機絶縁層２６は、入力１４ａ、１４ｂ、１６a、１６ｂの各々おけるパッド電極の位置に合わせた開口を有する。無機絶縁層２６は、例えばシリコン系無機絶縁膜を備えることができ、具体例としてシリコン酸化物、シリコン窒化物等であることができる。無機絶縁層２６は樹脂体上に設けられた部分２６ｃ及び金属体３０上に設けられた部分２６ｄを有する。無機絶縁層２６の部分２６ｃ及び部分２６ｄは、同時に成膜される。金属体３０の上面は無機絶縁層２６に接触すると共に、金属体３０の下面は無機絶縁層２４に接触する。無機絶縁層２６は、しっかりと金属体３０を基板１３に繋ぎ止めることができる。無機絶縁層２６は、しっかりと金属体３０を基板１３に押さえつけることができる。

図４の（ａ）部及び図４の（ｂ）部に示される実施例において、光導波路メサの積層体２３の第１部分は、樹脂体２４の第２開口を介して変調用の電極に接続され、この電極は、金属配線層ＷＲを介してパッド電極に接続されている。積層体２３の第１部分は、第１導電型III−Ｖ化合物半導体の第１クラッド層２３ｂと、III−Ｖ化合物半導体のコア層２３ｃと、第２導電型III−Ｖ化合物半導体の第２クラッド層２３ｄとを含み、コア層２３ｃは第１クラッド層２３ｂと第２クラッド層２３ｄとの間に設けられている。

変調用電極にパッド電極を接続する金属配線ＷＲは、例えば光導波路メサの積層体２３の第２部分上を通過しており、この第２部分において、樹脂体２５は金属配線層ＷＲと光導波路メサとの間に設けられて、金属配線ＷＲが光導波路メサの第２部分に接触することを防止する。しかしながら、金属配線ＷＲが光導波路メサの第２部分に容量的に結合して、寄生キャパシタを構成する。また、積層体２３の第２部分は、第２部分と同様の半導体積層構造を有しており、具体的には、第１コンタクト層２３ａ、第１クラッド層２３ｂ、コア層２３ｃ、第２クラッド層２３ｄ及び第２コンタクト層２３ｅを含む。金属配線層ＷＲは積層体２３の第２部分上を通過し、この交差部分における樹脂体厚は、例えば２マイクロメートル以上であることができる。

図５は、本実施の形態に係る半導体変調器を作製する方法における主要な工程を示す図面である。

工程Ｓ１０１では、エピタキシャル基板ＥＰを準備する。このために、半導体積層を含む積層体４３を半導体基板４１の主面４１ａ上に成長する。この成長は、例えば有機金属気相成長法で行われる。好適な実施例では、半導体基板４１は、例えば半絶縁性のＩｎＰからなることができる。積層体４３は、一又は複数のIII−Ｖ化合物半導体層を含み、また半導体基板主面４１ａ上に設けられる。一実施例では、図６の（ａ）部に示されるように、ｎ−ＩｎＰコンタクト層４５ａ、ｎ−ＩｎＰクラッド層（バッファ層）４５ｂ、コア層４５ｃ、ｐ−ＩｎＰクラッド層４５ｄ、ならびにｐ^＋−ＧａＩｎＡｓコンタクト層４５ｅを有機金属気相成長（ＯＭＶＰＥ）法等の結晶成長法により半絶縁性ＩｎＰウエハ上に成長する。コア層４５ｃは、井戸層及びバリア層を含む多層量子井戸構造を有することができ、井戸層は例えばノンドープＧａＩｎＡｓＰからなり、バリア層は例えば、井戸層と組成の異なるＧａＩｎＡｓＰから成る。半導体基板４１の主面４１ａは、後の説明から明らかになるように、第１エリア及び第２エリアを含む。主面４１ａの第１エリアには、半導体変調器のための光導波路メサが作成され、また主面４１ａの第２エリアには、半導体変調器のためのパッド電極が作成される。

工程Ｓ１０２では、図６の（ｂ）部に示されるように、光導波路メサ４７を基板主面４１ａの第１エリア４１ｂ上に形成する。積層体４３をエッチングして、半導体変調器のための光導波路メサ４７を基板主面４１ａの第１エリア４１ｂ上に形成する。まず、エッチングのためのマスク４９を作成する。このために無機絶縁膜を積層体４３上に成膜した後に、光導波路メサ４７のパターンを規定するレジストマスクを無機絶縁膜上に形成する。レジストマスクを用いて無機絶縁膜をドライエッチングして、絶縁体からなるマスク４９を積層体４３の表面上に形成する。このマスク４９を用いて積層体４３をエッチングして、光導波路メサ４７を基板主面４１ａの第１エリア４１ｂ上に形成する。

本実施例では、厚さ２００ｎｍのＳｉＮ膜をＣＶＤ法により堆積した後、マッハツェンダストライプパターンを規定するレジストマスクをフォトリソグラフィーにより形成する。次に、レジストマスクをＣＦ_４ガスを用いる反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によりＳｉＮ膜にパターン転写を行う。このドライエッチングの後に、レジストマスクをＯ_２プラズマアッシィングにより除去する。このＳｉＮマスクを用いて、塩素系ガス（例えばＣｌ_２）を用いるＲＩＥにより、ｎ−ＩｎＰクラッド層（バッファ層）４５ｂ、コア層４５ｃ、ｐ−ＩｎＰクラッド層４５ｄ、及びｐ^＋−ＧａＩｎＡｓコンタクト層４５ｅをエッチングして、半導体メサストライプ（光導波路メサ４７）を基板主面４１ａの第１エリア４１ｂ上に形成する。半導体のエッチングの後に、ＳｉＮマスクを除去する。この除去にはバッファドフッ酸が適用される。

工程Ｓ１０３では、図６の（ｃ）部に示されるように、積層体４３の残りをエッチングして、光導波路メサ４７の素子分離メサ５３を基板主面４１ａに形成する。素子分離領域には、積層体４３の最も下層に位置する半導体層（例えばｎ−ＩｎＰコンタクト層）をエッチングして、半導体基板４１の半導体を露出させる。既に説明した好適な実施例では、露出された半導体面は、半絶縁性ＩｎＰからなる。

光導波路メサ４７への信号供給のために用いられる半導体層（例えばｎ−ＩｎＰコンタクト層）を残すように、マスク５１を形成する。このために無機絶縁膜を基板４１上に成膜した後に、素子分離メサ５３のパターンを規定するレジストマスクを形成する。レジストマスクを用いて無機絶縁膜をドライエッチングして、絶縁体からなるマスク５１を基板４１の表面上に形成する。このマスク５１を用いて、積層体４３の最も下層に位置する半導体層（例えばｎ−ＩｎＰコンタクト層）をエッチングして、光導波路メサ４７の素子分離領域を形成する。素子分離メサ５３を形成した後に、図７の（ａ）部に示されるように、マスク５１を除去する。

本実施例では、導波路メサ形成で用いたＳｉＮマスクをバッファドフッ酸により除去した後に、厚さ３００ｎｍのＳｉＮ膜をＣＶＤ法により堆積した。この後に、素子分離領域を規定するパターンを有するレジストマスクをフォトリソグラフィーにより形成する。このレジストマスクを用いて、ＣＦ_４ガスを用いてＲＩＥ法によりＳｉＮ膜にパターン転写を行い、ＳｉＮマスクを形成する。この後にレジストマスクをＯ_２プラズマアッシィングにより除去する。このＳｉＮマスクをエッチングマスクとして、塩素（Ｃｌ_２）系ガスを用いたＲＩＥ法により、比較的高い導電性を有する半導体層をエッチングして、半絶縁性基板を露出させる。半導体のエッチングの後に、ＳｉＮマスクをウエットエッチングにより除去する。このエッチングにはバッファドフッ酸が適用される。素子分離メサ及び導波路メサの高さの和は、例えば３．５μｍ〜４．０μｍ程度である。

工程Ｓ１０４では、素子分離領域５３の形成後に、図７の（ｂ）部に示されるように、光導波路メサ４７の表面及びその他の半導体表面を覆うように第１絶縁膜５５を成長する。第１絶縁膜５５は、例えばシリコン窒化物やシリコン酸化物といったシリコン系無機絶縁体を備えることができる。

本実施例では、素子分離メサ形成で用いたＳＩＮマスクを除去した後に、厚さ３００ｎｍ程度のシリコン酸化膜をメサ保護膜としてＣＶＤ法により基板の全面に堆積する。

工程Ｓ１０５では、図７の（ｃ）部に示されるように、光導波路メサ４７を埋め込むように樹脂体５７を基板４１上に形成する。樹脂体５７は例えばベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）樹脂を備え、例えば樹脂はスピンコート法により塗布されることができる。

工程Ｓ１０６では、図８に示されるように、半導体変調器の光導波路メサ４７への信号伝達のための電極用の開口５９を樹脂体５７に形成する。この開口は、光導波路メサ４７の上面の位置に合わせて設けられる開口部５９Ａと、素子分離メサ５３の上面の位置に合わせて設けられる開口部５９Ｂとを含む。工程Ｓ１０７では、開口部５９Ａを形成する。また、工程Ｓ１０８では、開口部５９Ｂを形成する。これらの開口形成では、樹脂体５７のエッチングを行う。

開口部５９Ａの形成（例えば、ｐ側の電極）では、ＢＣＢ樹脂体上に開口部５９Ａの位置とサイズを規定するレジストマスク６１ａをフォトリソグラフィーにより形成する。このレジストマスク６１ａを用いて、ＣＦ_４／Ｏ_２ガスを用いるＲＩＥによりＢＣＢ樹脂をエッチングする。

また、開口部５９Ｂの形成（例えば、ｎ側の電極）では、ＢＣＢ樹脂体上に開口部５９Ｂの位置とサイズを規定するレジストマスク６１ｂをフォトリソグラフィーにより形成する。このレジストマスク６１ｂを用いて、ＣＦ_４／Ｏ_２ガスを用いるＲＩＥによりＢＣＢ樹脂をエッチングする。ｎ側の開口部の段差が比較的大きいので、ｐ−領域用の開口を形成した後に、ｎ−領域用の開口の順に形成することが好ましい。個々の開口を形成した後に、レジストマスク６１ａ、６１ｂの各々は有機溶媒により除去される。なお、図８の（ａ）部及び（ｂ）部は、半導体変調器の一対のアーム導波路を横切る線（図１に示されたIII−III線）に沿って取られた断面を示す。

工程Ｓ１０９では、図９に示されるように、基板４１の第２エリア４１ｂ上において樹脂体５７に第１開口５９Ｃを形成する。パッド電極領域の開口エリアを規定するパターンを有するレジストマスク６５を樹脂体５７上に形成する。この後に、ドライエッチングにより樹脂体５７を加工して、樹脂体５７に開口５９Ｃを形成する。この開口は、基板４１の第２エリア４１ｂ上の絶縁膜５５に到達する。これ故に、樹脂体５７に開口５９Ｃに絶縁膜５５が露出している。図９の（ａ）部は、図１に示されたI−I線に沿って取られた断面を示す。図９の（ｂ）部は、図８と同様に図１に示されたIII−III線に沿って取られた断面を示す。

図９の（ｂ）部に示されるように、第１エリア４１ｂ上に位置する光導波路メサ４７のための開口部５９Ａ、５９Ｂは、レジストマスク６５で保護されている。

本実施例では、フォトリソグラフィーによりＢＣＢ樹脂体にレジストマスク６５を形成した後、このレジストマスク６５を用いてＣＦ_４／Ｏ_２ガスのＲＩＥにより電極パット形成領域のＢＣＢ樹脂体を除去して開口部を形成する。この開口部は、半導体変調器の高周波特性に影響しないよう、以下のような形成に加工される。例えば、ＢＣＢ開口部形成は、まずガス流量比ＣＦ_４／Ｏ_２＝１／１の第１条件を用いてＢＣＢを加工した後に、ガス流量比ＣＦ_４／Ｏ_２＝１／５の第２条件でレジストのアッシングを行ってレジストマスク６３の開口を後退させると共に開口側面に傾斜を付ける。この拡大された開口のマスクを用いて、再度、ガス流量比ＣＦ_４／Ｏ_２＝１／１の第１条件を用いてＢＣＢを加工する。必要に応じてこれらのステップを繰り返すことができる。このようなエッチングの結果、ＢＣＢ開口部５９Ｃの側面を基板主面４１ａに対して７０度程度の角度ＡＧＬで傾斜させることができる。好適な角度ＡＧＬの範囲は４５度〜７０度の範囲である。この加工が完了した後に、レジストマスク６５を有機溶媒により除去する。

図９の（ａ）部に示されるように、光導波路メサ４７は第２エリア４１ｂにおいて延在する第２部分を有する。光導波路メサ４７の第２部分は、半導体変調器の光導波路に光入力ポートから光を伝搬させるために設けられ、また半導体変調器光導波路から光出力ポートへ光を伝搬させるために設けられる。このような光導波路メサ４７の第２部分も、第１部分と同様に、第１クラッド層２３ｂ、コア層２３ｃ、及び第２クラッド層２３ｄを含み、コア層２３ｃは第１クラッド層２３ｂと第２クラッド層２３ｄとの間に設けられる。光導波路メサの第２部分上において、樹脂体の厚さＷ１は例えば２マイクロメートル以上であることができる。光導波路メサ４７上を通過する金属配線と光導波路メサ４７との容量的な結合を低くするために、光導波路メサ４７上において樹脂体５７の厚さＷ１が上記の範囲であることが好ましい。

工程Ｓ１１０では、樹脂体５７の第１開口５９Ａ、５９Ｂの第１絶縁膜５５をエッチングにより除去する。樹脂体５７の開口部５９Ｃを形成した後に、開口部５９Ａ及び５９Ｂに露出された絶縁膜５５を除去する。本実施例では、新たなマスクを形成することがなく、開口部５９Ａ、５９Ｂ及び５９Ｃに位置する絶縁膜をエッチングにより除去する。このためのマスクとして、樹脂体５７が利用される。p側コンタクト及びn側コンタクト上のＳｉＯ_２をＣＦ_４を用いるＲＩＥにより除去する。このエッチングにおいて、電極パット形成領域のＳｉＯ_２もエッチングされて、基板主面が露出される。

工程Ｓ１１１では、半導体変調器の光導波路メサ４７への信号供給のための電極を形成するために、まず、図１０に示されるように、開口部５９Ａ、５９Ｂにオーミック電極６５ａ、６５ｂをそれぞれ形成する。この形成は、例えばリフトオフを用いることができる。リフトオフ用のレジストマスクを形成する。このレジストマスクは、オーミック電極の位置及び形状を規定するパターンを有する。レジストマスクを形成した後に、オーミック電極のための導電膜を蒸着により形成する。レジストマスクを除去すると、パターン形成された導電膜（オーミック電極）が形成される。オーミック電極は開口部５９Ｃには形成されない。

工程Ｓ１１２では、図１１に示されるように、パッド電極のための下地構造６７を基板４１の第２エリア４１ｃに形成する。下地構造６７は基板４１の第２エリア４１ｃに接合を成している。また、下地構造６７は、III−Ｖ化合物半導体と異なる無機化合物の絶縁体を備える。一実施例では、下地構造６７は、厚さ２００ｎｍ以上のシリコン系無機絶縁膜を含むことが好ましい。この作製方法によれば、パッド電極の下に位置する構造物に起因するリーク電流の増加の可能性を低減できる。

第１絶縁膜５５をエッチングした後に、工程Ｓ１１２では、樹脂体５７及び基板４１上に第２絶縁膜を気相成長法で成長する。第２絶縁膜は基板４１の第２エリア４１ｃに接合を成している。下地構造６７は第２エリア４１ｃ上の第２絶縁膜を含む。この第２絶縁膜は、下地構造６７として働く。引き続く説明では、参照符号６７を第２絶縁膜にも用いる。第２絶縁膜６７は、樹脂体５７上だけでなく基板４１上にも成長されて基板４１の第２エリア４１ｃに接合を成すので、基板４１へしっかりとした密着性を示す。

本実施例では、第２絶縁膜６７は、例えばシリコン酸化物及びシリコン窒化物の少なくともいずれかを備えることが好ましい。ＢＣＢ樹脂はシリコン酸化物及びシリコン窒化物に良好な密着性を示し、またシリコン酸化物及びシリコン窒化物はＩｎＰ半導体に良好な密着性を示す。

一実施例では、基板の全面にＳｉＯ_２膜を成長する。このとき、ＢＣＢ樹脂上のＳｉＯ_２に剥がれが生じないように、ＳｉＯ_２膜は低応力膜であることが望ましい。続いて、オーミック電極上に開口パターンを形成するために、フォトリソグラフィーによりレジストマスクを作製する。このレジストマスクを用いて、ＣＦ_４ガスを用いてＲＩＥ法によりオーミック電極上のＳｉＯ_２膜に開口を形成する。

本実施例では、パッド電極及び金属配線はメッキ法により形成される。このために、下地構造６７としての絶縁膜を成長した後に、工程Ｓ１１３では、図１２に示されるように、パッド電極及び金属配線のためのパターンを有するシード層６９を樹脂体５７及び基板４１上に形成する。一実施例では、シード層６９の形成のために、まず、パッド電極及び金属配線のためのパターンを有するレジストマスク６６を形成する。このレジストマスク上に、金属層を成長する。金属層は例えばＴｉＷ等の導電体からなることが好ましい。レジストマスク６６の開口にはシード層６９（パターン形成された金属層）が形成される。シード層６９は、レジストマスク６６上の金属層の部分には接続されることがなく離れている。シード層６９は下地構造６７の第２絶縁膜に接触を成している。この作製方法によれば、第２絶縁膜６７は、第１エッチング及び第２エッチングを含むドライエッチングにより形成された第１開口５９Ａ、５９Ｂの樹脂側面及び樹脂体上面、並びに基板４１の第２エリア４１ｃにわたって成長される。第２絶縁膜６７は、テーパ付き開口５９Ｃに成長され、この第２絶縁膜６７上にシード層６９が形成される。また、オーミック電極６５ａ、６５ｂ上にもシード層６９が形成される。

工程Ｓ１１４では、図１３に示されるように、電極７３をメッキ法で成長する。メッキ法で成長する電極の材料は、例えば金（Ａｕ）等である。図１４に示されるように、シード層６９に従ったＡｕメッキパターンが形成される。これまでの工程により、下地構造６７に接するようにパッド電極（６９、７３）が形成される。

この作製方法によれば、パッド電極ＰＡＤが樹脂体５７の第１開口５９Ｃに設けられるので、パッド電極が樹脂体５７上に設けられることを避けることができる。また、無機化合物の絶縁体を備える下地構造６７が、基板４１の第２エリア４１ｃに接合を成すと共にパッド電極ＰＡＤ（６９、７３）に接する。これ故に、パッド電極ＰＡＤ（６９、７３）の密着性を確保できる。

このような工程によれば、図４の（ａ）部に示されるようなパッド構造を作成できる。

図１５は、本実施の形態に係る半導体変調器を作製する方法における主要な工程を示す図面である。

図１６は、工程Ｓ１０１〜Ｓ１０４を行った後に工程Ｓ１１６を行う際の工程断面を模式的に示してり、図１の（ａ）部におけるＶI−ＶI線に沿った断面を示す図面である。図１６の（ａ）部に示される断面は、図７の（ａ）部に示される工程に対応する。図１６の（ｂ）部に示される断面は、図７の（ｂ）部に示される工程に対応する。図１６の（ｂ）部に示される断面において、絶縁膜５５は、パッド電極のための下地構造として基板４１の第２エリア４１ｃにも形成されている。

工程Ｓ１１６では、光導波路メサ４７及び素子分離メサ５３を形成した後に、光導波路メサ４７及び素子分離メサ５３を埋め込めるような厚みで基板４１の全面にレジストを塗布する。樹脂は例えばスピンコート法により塗布されることができる。レジストを形成した後に、図１７の（ａ）部に示されるように、このレジストからリフトオフ用のレジストマスク７５を形成する。逆テーパー状の側面を有する開口７７ａをリフトオフ用レジストを用いることにより形成できる。このレジストマスク７５は、下地構造としての金属体を形成する位置に開口７５ａを有する。開口７５ａには絶縁膜５５が現れている。光導波路メサ４７を保護するために、厚さ４μｍ以上のレジストを塗布して後に、パターニングを行うことが好ましい。

レジストマスク７５を形成した後に、図１７の（ｂ）部に示されるように、金属層７８を形成する。金属層の成膜法としては、例えば真空蒸着等を用いることができる。金属層７８はレジストマスク７５上だけでなく、開口７５ａ内の絶縁膜５５上にも堆積される。本実施例では、金属層７８の材料はＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなることができる。レジストマスク７５を有機溶剤により除去することにより、図１８の（ａ）部に示されるように、リフトオフにより第２エリア５１ｃ上に金属体７９が形成される。リフトオフ後に、Ｏ_２プラズマを基板４１に適用して残渣の残留を避ける。

図１８の（ａ）部に示されるように、この金属体７９は下地構造として形成される。絶縁膜５５は、III−Ｖ化合物半導体と異なる無機化合物の絶縁体からなる。この実施例では、下地構造は第２エリア５１ｃ上の絶縁膜５５及び金属体７９を含む。下地構造の絶縁膜５５は第２エリア５１ｃに接合を成し、絶縁膜５５は、また、金属体７９と接触を成す。金属体７９は、後の工程で形成されるパッド電極を支持する。

上記の説明から理解されるように、下地構造を基板４１の第２エリア４１ｃに形成する工程は、工程Ｓ１０４及びＳ１１６を含む。この作製方法によれば、樹脂体５７を形成する前に、第１絶縁膜５５及び金属体７９を形成するので、基板４１の第２エリア４１ｃにおいて絶縁膜５５及び金属体７９を含む構造物は、パッド電極のための下地構造を提供できる。

工程Ｓ１０５では、図１８の（ｂ）部に示されるように、光導波路メサ及び素子分離メサ６３を埋め込む様に樹脂を塗布して、樹脂体５７を形成する。工程Ｓ１０５において樹脂体５７を形成した後に、工程Ｓ１０６（工程Ｓ１０７及び工程Ｓ１０８）において樹脂体５７に開口５９Ａ及び５９Ｂを形成する。

次いで、工程Ｓ１０９では、図１９の（ａ）部に示されるように、マスク６５を用いて基板４１の第２エリア４１ｃに位置する開口５９Ｃを樹脂体５９に形成する。

マスク６５を除去した後に、開口５９Ａ及び５９Ｂの絶縁膜５５をエッチングにより除去して、光導波路メサ４７の上面を露出させる。工程Ｓ１０９では、図１９の（ｂ）部に示されるように、基板４１の第２エリア４１ｃには、開口５９Ｃが設けられているけれども、開口５９Ａ及び５９Ｂはマスク６５で覆われている。開口５９Ｃには、金属体７０が露出されているが、絶縁膜５５は金属体７０で覆われている。これ故に、第２エリア４１ｃでは、絶縁膜５５はエッチングされない。

樹脂体５７は金属体７９の縁の少なくとも一部分上に設けられる。金属体７９の縁は絶縁膜５５と樹脂体５７との間に挟まれる。金属体７９の上面は樹脂体５７に接触するので、金属体７９は、下側から下地構造の絶縁膜５５に固定されると共に、上側から樹脂体５７に押さえられる。

工程Ｓ１１１では、図２０の（ａ）部に示されるように、第２エリア４１ｃをレジストで保護しながら、変調器のためのオーミック電極等を形成する。

工程１１７では、金属体７９上及び樹脂体５７上に第３絶縁膜８３を気相成長法で成長する。第３絶縁膜８３は、シリコン酸化物又はシリコン窒化物を備えることができる。この作製方法によれば、シリコン酸化物及びシリコン窒化物はＩｎＰ半導体に良好な密着性を示す。次いで、第３絶縁膜８３にパターン形成して、金属体７９上に開口８３ａを形成する。金属体７９の上面は第３絶縁膜８３に接触を成す。図２０の（ｂ）部に示されるように、樹脂体５７の開口５９Ｃは金属体７９上において第３絶縁膜８３の開口８３ａのサイズより大きなサイズを有する。この作製方法によれば、金属体７９の上面は第３絶縁膜８３に接触するので、金属体７９は下側から下地構造の絶縁膜５５に固定されると共に、上側から第３絶縁膜８３に押さえられる。

本実施例では、パッド電極及び金属配線はメッキ法により形成される。下地構造６７としての絶縁膜を成長した後に、工程Ｓ１１３では、図２１の（ａ）部に示されるように、パッド電極及び金属配線のためのパターンを有するシード層６９を樹脂体５７及び基板４１上に形成する。一実施例では、シード層６９の形成のために、まず、パッド電極及び金属配線のためのパターンを有するレジストマスク６６を形成する。このレジストマスク上に、金属層を成長する。金属層は例えばＴｉＷ等の導電体からなることが好ましい。レジストマスク６６の開口にはシード層６９（パターン形成された金属層）が形成される。シード層６９は、レジストマスク６６上の金属層の部分には接続されることがなく離れている。シード層６９は下地構造６８の第３絶縁膜８３に接触を成している。この作製方法によれば、第３絶縁膜８３は、第１エッチング及び第２エッチングを含むドライエッチングにより形成された第１開口５９Ａ、５９Ｂの樹脂側面及び樹脂体上面、並びに基板４１の第２エリア４１ｃにわたって成長される。第３絶縁膜８３は、テーパ付き開口５９Ｃに成長され、この第３絶縁膜８３上にシード層６９が形成される。また、オーミック電極６５ａ、６５ｂ上にもシード層６９が形成される。

工程Ｓ１１４では、図２１の（ｂ）部に示されるように、電極７３をメッキ法で成長する。メッキ法で成長する電極の材料は、例えば金（Ａｕ）等である。工程Ｓ１１４において、シード層６９に従ったＡｕメッキパターンが形成される。これまでの工程により、下地構造６８に接するようにパッド電極（６９、７３）が形成される。不要なシード層はドライエッチングにより除去した後に、下地のレジストを有機溶剤を用いて除去する。

この作製方法によれば、パッド電極ＰＡＤが樹脂体５７の第１開口５９Ｃに設けられるので、パッド電極が樹脂体５７上に設けられることを避けることができる。また、無機化合物の絶縁体を備える下地構造６７が、基板４１の第２エリア４１ｃに接合を成すと共にパッド電極ＰＡＤ（６９、７３）に接する。これ故に、パッド電極ＰＡＤ（６９、７３）の密着性を確保できる。

このような工程によれば、図２２の（ａ）部に示されるように、第１エリア４１ｂには、半導体変調器のためのメサ導波路が形成される。また、図４の（ｂ）部及び図２２の（ｂ）部に示されるようなパッド構造を作成できる。パッド電極ＰＡＤは、樹脂体５７の第１開口５９Ｃに露出されている。

本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。

以上説明したように、本発明によれば、樹脂を用いて光導波路を埋め込む半導体変調器においてパット電極の密着性を良好にできる、半導体変調器を作製する方法が提供される。また、本発明によれば、樹脂を用いて光導波路を埋め込む構造において良好な密着性を有するパット電極を含む半導体変調器が提供される。

ＥＰ…エピタキシャル基板、４１…基板、４１ｂ…第１エリア、４１ｃ…第２エリア、４３…積層体、４１…半導体基板、４５ａ…ｎ−ＩｎＰコンタクト層、４５ｂ…ｎ−ＩｎＰクラッド層（バッファ層）、４５ｃ…コア層、４５ｄ…ｐ−ＩｎＰクラッド層、４５ｅ…ｐ^＋−ＧａＩｎＡｓコンタクト層、４７…光導波路メサ、４９…マスク、５３…素子分離メサ、５１…マスク、５５…第１絶縁膜、５７…樹脂体、５９、５９Ａ、５９Ｂ、５９Ｃ…開口、６５ａ、６５ｂ…オーミック電極、６７…下地構造、６９…シード層、７９…金属体、８３…第３絶縁膜。

Claims (14)

1. 半導体変調器を作製する方法であって、
   第１エリア及び第２エリアを含む主面を有する半絶縁性のＩｎＰ基板と、前記ＩｎＰ基板の前記主面上に設けられIII−Ｖ化合物半導体層からなる積層体とを含むエピタキシャル基板を準備する工程と、
   前記半導体変調器の光導波路を規定するパターンを有するマスクを用いて前記積層体をエッチングして、前記ＩｎＰ基板の前記第１エリア上に前記半導体変調器のための光導波路メサを形成する工程と、
   前記光導波路メサを埋め込むように樹脂体を前記ＩｎＰ基板上に形成する工程と、
   前記ＩｎＰ基板の前記第２エリア上において前記樹脂体に第１開口を形成する工程と、
   パッド電極のための下地構造を前記ＩｎＰ基板の前記第２エリアに形成する工程と、
   前記樹脂体の前記第１開口において、前記下地構造に接するようにパッド電極を形成する工程と、
   を備え、
   前記下地構造は前記ＩｎＰ基板の前記第２エリアに接合を成し、
   前記下地構造は、III−Ｖ化合物半導体と異なる無機化合物の絶縁体を備える、半導体変調器を作製する方法。
2. 前記下地構造は、厚さ２００ｎｍ以上のシリコン系無機絶縁膜を含む、請求項１に記載された半導体変調器を作製する方法。
3. 前記変調器の前記光導波路の第１部分への電気的な接続のための第２開口を前記樹脂体に形成する工程と、
   前記第２開口に電極を形成する工程と、
   を更に備え、
   前記光導波路メサの前記第１部分は、第１導電型III−Ｖ化合物半導体の第１クラッド層と、III−Ｖ化合物半導体のコア層と、第２導電型III−Ｖ化合物半導体の第２クラッド層と、を含み、
   前記パッド電極は、前記第２開口の前記電極に金属配線を介して接続されており、
   前記金属配線は前記光導波路メサの第２部分上を通過する、請求項１又は請求項２に記載された半導体変調器を作製する方法。
4. 前記光導波路メサの前記第２部分は、前記第１クラッド層、前記コア層、及び前記第２クラッド層を含み、
   前記コア層は前記第１クラッド層と前記第２クラッド層との間に設けられ、
   前記光導波路メサの前記第２部分上において、前記樹脂体の厚さは２マイクロメートル以上である、請求項３に記載された半導体変調器を作製する方法。
5. 前記樹脂体を形成する前に、前記光導波路メサを覆うように第１絶縁膜を成長する工程と、
   前記樹脂体の前記第１開口において前記第１絶縁膜をエッチングする工程と、
   を更に備え、
   パッド電極のための下地構造を前記ＩｎＰ基板の前記第２エリアに形成する前記工程は、前記第１絶縁膜をエッチングした後に前記樹脂体及び前記ＩｎＰ基板上に第２絶縁膜を気相成長法で成長する工程を含み、
   前記第２絶縁膜は前記ＩｎＰ基板の前記第２エリアに接合を成し、
   前記下地構造は、前記第２エリアの前記第２絶縁膜を含む、請求項３又は請求項４に記載された半導体変調器を作製する方法。
6. 前記下地構造としての前記第２絶縁膜を成長した後に、前記パッド電極及び前記金属配線のためのパターンを有するシード層を前記樹脂体及び前記ＩｎＰ基板上に形成する工程と、
   を備え、
   前記ＩｎＰ基板の前記第２エリア上において前記樹脂体に第１開口を形成する工程は、
   前記第１開口を規定するレジストマスクを前記樹脂体に形成する工程と、
   前記レジストマスクを用いて前記樹脂体の第１エッチングを行う工程と、
   前記樹脂体の前記第１エッチングの後に、前記レジストマスクのエッチングにより前記第１開口を拡大する工程と、
   前記レジストマスクの前記エッチングの後に、前記樹脂体の第２エッチングを行う工程と、
   を含み、
   前記シード層は前記第２絶縁膜に接触を成し、
   前記パッド電極及び前記金属配線は、前記シード層を用いてメッキ法により形成される、請求項５に記載された半導体変調器を作製する方法。
7. 前記樹脂体は、ＢＣＢ樹脂を備え、
   前記第２絶縁膜は、シリコン酸化物及びシリコン窒化物の少なくともいずれかを備える、請求項５又は請求項６に記載された半導体変調器を作製する方法。
8. 前記下地構造を前記ＩｎＰ基板の前記第２エリアに形成する前記工程は、
   前記樹脂体を形成する前に、前記光導波路メサを覆うように第１絶縁膜を成長する工程と、
   前記樹脂体を形成する前に、前記ＩｎＰ基板の前記第２エリアにおいて前記第１絶縁膜上に金属体を形成する工程と、
   を含み、
   前記パッド電極は、前記樹脂体の前記第１開口に露出されており、
   前記金属体は前記パッド電極を支持する、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された半導体変調器を作製する方法。
9. 前記樹脂体は前記金属体の縁の少なくとも一部分上に設けられ、
   前記金属体の前記縁は前記第１絶縁膜と前記樹脂体との間に挟まれ、
   前記金属体の上面は前記樹脂体に接触する、請求項８に記載された半導体変調器を作製する方法。
10. 前記金属体上及び前記樹脂体上に第３絶縁膜を気相成長法で成長する工程と、
    前記第３絶縁膜にパターン形成して、前記金属体上に開口を形成する工程と、
    を備え、
    前記金属体の上面は前記第３絶縁膜に接触し、
    前記樹脂体の前記第１開口は前記金属体上において前記第３絶縁膜の開口のサイズより大きなサイズを有する、請求項８又は請求項９に記載された半導体変調器を作製する方法。
11. 前記樹脂体は、ＢＣＢ樹脂を備え、
    前記第３絶縁膜は、シリコン酸化物又はシリコン窒化物を備える、請求項１０に記載された半導体変調器を作製する方法。
12. 半導体変調器であって、
    第１エリア及び第２エリアを含む主面を有する半絶縁性のＩｎＰ基板と、
    前記ＩｎＰ基板の前記第１エリア上に設けられた変調用の光導波路メサと、
    前記光導波路メサに電気信号を供給する電極と、
    前記ＩｎＰ基板の前記第１エリアにおいて前記光導波路メサを埋め込む樹脂体と、
    前記ＩｎＰ基板の前記第１エリア上の前記光導波路メサを覆う第１部分、及び前記ＩｎＰ基板の前記第２エリアに接触を成す第２部分を有する無機絶縁層と、
    前記ＩｎＰ基板の前記第２エリア上に設けられ前記電気信号を受けるパッド電極と、
    前記電極を前記パッド電極に接続する金属配線層と、
    を備え、
    前記パッド電極は、下地構造上に設けられ、
    前記下地構造は、前記無機絶縁層の前記第２部分と、前記無機絶縁層の前記第２部分に接触を成す金属体とを含み、
    前記下地構造は、前記ＩｎＰ基板の前記第２エリアに接触を成すと共に、前記パッド電極を支持する、半導体変調器。
13. 前記パッド電極の位置に合わせた開口を有すると共に前記樹脂体上に設けられたシリコン系無機絶縁膜を更に備え、
    前記樹脂体は前記金属体の縁の少なくとも一部分上に設けられ、
    前記金属体の上面は前記樹脂体に接触すると共に前記シリコン系無機絶縁膜に接触する、請求項１２に記載された半導体変調器。
14. 半導体変調器であって、
    第１エリア及び第２エリアを有する主面を有する半絶縁性のＩｎＰ基板と、
    前記ＩｎＰ基板の前記第１エリア上に設けられた変調用の光導波路メサと、
    前記光導波路メサに電気信号を供給する電極と、
    前記ＩｎＰ基板の前記第１エリアにおいて前記光導波路メサを埋め込む樹脂体と、
    前記ＩｎＰ基板の前記第１エリア上の前記樹脂体を覆う第１部分、及び前記ＩｎＰ基板の前記第２エリアに接触を成す第２部分を有する無機絶縁層と、
    前記ＩｎＰ基板の前記第２エリア上に設けられ前記電気信号を受けるパッド電極と、
    前記電極を前記パッド電極に接続する金属配線層と、
    を備え、
    前記パッド電極は、下地構造上に設けられ、
    前記下地構造は、前記無機絶縁層の前記第２部分を含み、
    前記下地構造は、前記ＩｎＰ基板の前記第２エリアに接触を成すと共に、前記パッド電極を支持し、
    前記光導波路は第１部分及び第２部分を有し、
    前記光導波路メサの前記第１部分は、第１導電型III−Ｖ化合物半導体の第１クラッド層と、III−Ｖ化合物半導体のコア層と、第２導電型III−Ｖ化合物半導体の第２クラッド層と、を含み、
    前記コア層は前記第１クラッド層と前記第２クラッド層との間に設けられ、
    前記樹脂体は、前記光導波路の前記第１部分上に設けられた第２開口を有し、
    前記光導波路メサの前記第２部分は、前記第１クラッド層、前記コア層、及び前記第２クラッド層を含み、
    前記パッド電極は、前記第２開口の前記電極に金属配線を介して接続されており、
    前記金属配線は前記光導波路メサの前記第２部分上を通過し、前記樹脂体は、前記金属配線と前記光導波路メサとの間に設けられている、半導体変調器。

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