JP2019159158A - 光導波路構造及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒータによる加熱効率が高く、信頼性の低下が抑制された光導波路構造及びその製造方法を提供する。【解決手段】光導波路構造は、分布反射部１２０、分布反射部を上下左右から囲むクラッド部、クラッド部の上部の表面に分布反射部に沿って配置されたヒータ１０３と、ヒータに電気的に接続された配線１０４、１０５と、を備え、クラッド部には縦溝１０２ａ、１０２ｂが形成され、これら縦溝がメサ形状のメサ部を定義しており、ヒータは、メサ部上に配置され、縦溝の少なくとも一つは、第１溝部１０２ａａ、ｂａ、ｂｂと第１溝部よりも溝幅が小さい第２溝部１０２ａｂ、ａｃ、ｂｃとを有し、縦溝の少なくとも一つに対し、その近傍のクラッド部は、縦溝内のメサ部から遠い内側壁からメサ部に向かって突出して第２溝部を形成する凸部１０１ａ、ｂ、ｃを有し、配線は、凸部の上を通って第２溝部に掛け渡され、ヒータに電気的に接続する。【選択図】図１

Description

本発明は、光導波路構造及びその製造方法に関するものである。

光導波路構造において、光導波層や回折格子層の屈折率を、ヒータによって加熱することで変化させて、レーザ発振波長を変化させる技術が知られている（たとえば、特許文献１）。ヒータによる加熱の効率を高めてヒータの消費電力を抑制するための種々の技術が開示されている。たとえば、熱の拡散を防ぐために光導波層を含む部分を深いメサ構造にしたり、光導波層の下に高熱抵抗層を配置したり、中空導波路構造にしたりする技術が特許文献２〜４に開示されている。

光導波層を含む部分を深いメサ構造にする場合、光導波層を含む部分の両側に溝を形成する場合がある。溝は通常、ポリイミドなどからなる絶縁材によって埋められ、ヒータに電力を供給する配線は、絶縁材の上を通るように配置される。

一方、特許文献５には、リッジ、半島構造部及び導電性トレースを含む導波路構造が開示されている。この導波路構造では、半島構造部の端面とリッジの側壁との間にギャップが存在するように、半島構造部はリッジに隣接している。導電性トレースは、半島の上面及びリッジの上面の上を導電性トレースが延伸するように、ギャップを横切って架けられている。

国際公開第２０１６／１５２２７４号 特許第５３０３５８１号公報 特許第５３０３５８０号公報 米国特許第７７７８２９５号明細書 特表２０１７−５０２３５５号公報

しかしながら、溝を埋める絶縁材の表面は平坦性が低い場合がある。例えば、絶縁材の表面は中央が窪んだ形状となり、周辺が突起した形状となる場合がある。このように表面に凹凸を有する絶縁材の表面を通るように配線を配置すると、配線に歪みが掛かり、通電時と非通電時とでの温度差などによって配線の劣化や断線が発生しやすくなる場合がある。この場合、光導波路構造の信頼性が低下する。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ヒータによる加熱効率が高く、信頼性の低下が抑制された光導波路構造及びその製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る光導波路構造は、光導波層と回折格子層とを含み、一方向に沿って所定の長さで伸びるように構成された分布反射部と、前記分布反射部をそれに沿って上下左右から囲むクラッド部と、前記クラッド部の上部の表面に前記分布反射部に沿って配置されたヒータと、前記ヒータに電気的に接続された配線と、を備え、前記クラッド部には前記分布反射部の左右両側にそれぞれ前記分布反射部に沿って伸びる縦溝が形成されていて、これら縦溝が前記分布反射部を含む断面形状がメサ形状のメサ部を定義しており、前記ヒータは、前記メサ部上に配置されており、前記縦溝の少なくとも一つは、所定の溝幅を有する第１溝部と、前記第１溝部よりも溝幅が小さい第２溝部とを有し、前記縦溝の前記少なくとも一つに対し、その近傍の前記クラッド部は、平面視において前記縦溝内の前記メサ部から遠い内側壁から前記メサ部に向かって突出して前記第２溝部を形成する凸部を有しており、前記配線は、前記凸部の上を通って前記第２溝部に掛け渡され、前記ヒータに電気的に接続している。

本発明の一態様に係る光導波路構造は、前記縦溝の前記少なくとも一つは、前記凸部に隣接して、前記第１溝部よりも溝幅が大きい第３溝部を有し、前記クラッド部は、前記第３溝部を形成する凹部を有している。

本発明の一態様に係る光導波路構造は、前記凸部は、突出方向において互いに離間した複数のセグメントからなる。

本発明の一態様に係る光導波路構造は、前記各々の縦溝の内表面と前記クラッド部の表面を覆う保護膜をさらに備える。

本発明の一態様に係る光導波路構造は、前記保護膜は、前記溝の開口部の近傍において厚さが他の保護膜の部分よりも厚い。

本発明の一態様に係る光導波路構造は、前記保護膜は前記第２溝部を埋めている。

本発明の一態様に係る光導波路構造は、前記凸部と前記メサ部との間の前記溝の幅は３μｍ以下である。

本発明の一態様に係る光導波路構造は、光導波層と回折格子層とを含み、一方向に沿って所定の長さで伸びるように構成された分布反射部と、前記分布反射部をそれに沿って上下左右から囲むクラッド部と、前記クラッド部の上部の表面に前記分布反射部に沿って配置されたヒータと、前記ヒータに電気的に接続された配線と、を備え、前記クラッド部には前記分布反射部の左右両側に沿ってそれぞれ前記分布反射部に沿って伸びる縦溝が形成されていて、これら縦溝が前記分布反射部を含む断面形状がメサ形状のメサ部を定義しており、前記ヒータは、前記メサ部上に配置されており、前記縦溝のうち少なくとも一つの縦溝のその少なくとも一部は、縦溝の底面に形成された表面が凸状である第１ポリマー層と、前記第１ポリマー層上に形成された絶縁性の第２ポリマー層とによって埋められており、前記配線は、前記縦溝の前記一部の上に露出している前記第２ポリマー層の表面を通って前記ヒータに電気的に接続している。

本発明の一態様に係る光導波路構造は、前記回折格子層は標本化回折格子、位相シフト回折格子、又は超構造回折格子として構成されている。

本発明の一態様に係る光導波路構造の製造方法は、光導波層と回折格子層とを含み、一方向に沿って所定の長さで伸びるように構成された分布反射部と、前記分布反射部をそれに沿って上下左右から囲むクラッド部と、を形成する工程と、前記クラッド部に、前記分布反射部の左右両側にそれぞれ前記分布反射部に沿って伸びる縦溝を形成することによって、前記分布反射部を含む断面形状がメサ形状のメサ部を形成する工程と、前記クラッド部の上部の表面に前記分布反射部に沿ってヒータを配置する工程と、前記ヒータに電気的に接続する配線を配置する工程と、を含み、前記溝を形成する際に、前記縦溝の少なくとも一つに対し、その近傍の前記クラッド部に、平面視において前記縦溝内の前記メサ部から遠い内側壁から前記メサ部に向かって突出する凸部を形成することによって、所定の溝幅を有する第１溝部と、前記第１溝部よりも溝幅が小さく、前記凸部によって形成される第２溝部とを形成し、前記配線を配置する際に、前記配線を前記凸部の上を通って前記第２溝部に掛け渡し、前記ヒータに電気的に接続する。

本発明の一態様に係る光導波路構造の製造方法は、光導波層と回折格子層とを含み、一方向に沿って所定の長さで伸びるように構成された分布反射部と、前記分布反射部をそれに沿って上下左右から囲むクラッド部と、を形成する工程と、前記クラッド部に、前記分布反射部の左右両側にそれぞれ前記分布反射部に沿って伸びる縦溝を形成することによって、前記分布反射部を含む断面形状がメサ形状のメサ部を形成する工程と、前記縦溝のうち少なくとも一つの縦溝のその少なくとも一部に、その縦溝の底面に表面が凸状である第１ポリマー材料を供給し、前記第１ポリマー材料を硬化して第１ポリマー層を形成する工程と、前記第１ポリマー層上に絶縁性の第２ポリマー材料を供給し、前記第２ポリマー材料を硬化して第２ポリマー層を形成し、前記縦溝の前記一部を埋める工程と、前記クラッド部の上部の表面に前記分布反射部に沿ってヒータを配置する工程と、配線を、前記縦溝の前記一部の上に露出している前記第２ポリマー層の表面を通って前記ヒータに電気的に接続するように配置する工程と、を含む。

本発明によれば、ヒータによる加熱効率が高く、信頼性の低下が抑制された光導波路構造を実現できるという効果を奏する。

図１は、実施形態１に係る光導波路構造の模式的な上面図である。 図２は、図１のＡ−Ａ線断面の一部を示す図である。 図３は、図１のＢ−Ｂ線断面の一部を示す図である。 図４は、図１に示す光導波路構造の製造方法を説明する図である。 図５は、実施形態２に係る光導波路構造を説明する模式図である。 図６は、実施形態３に係る光導波路構造を説明する模式図である。 図７は、実施形態４に係る光導波路構造を説明する模式図である。 図８は、実施形態５に係る光導波路構造の模式的な上面図である。 図９は、図８のＣ−Ｃ線断面の一部を示す図である。 図１０は、図８に示す光導波路構造の製造方法を説明する図である。

以下に、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る光導波路構造の模式的な上面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線断面の一部を示す図である。光導波路構造１００は、積層部１０１と、ヒータ１０３と、配線１０４、１０５とを備えている。積層部１０１には、トレンチ溝１０２ａ、１０２ｂが形成されている。また、光導波路構造１００は、２つの光導波部１１０ａ、１１０ｂと、２つの光導波部１１０ａ、１１０ｂの間に接続された分布反射部１２０とを備えている。

積層部１０１は、ｎ型ＩｎＰからなる基板１００ａ上に配置されており、複数の半導体層が積層して構成されている。図２に示すように、積層部１０１において、ｎ型ＩｎＰからなりバッファ層としても機能する下部クラッド層１００ｂが積層している。下部クラッド層１００ｂ上には、回折格子層１００ｃが積層している。回折格子層１００ｃは、例えば標本化回折格子、位相シフト回折格子、又は超構造回折格子として構成されている。回折格子層１００ｃは、バンドギャップ波長が１．５５μｍ帯より短い、たとえば１．３μｍであるｎ型ＧａＩｎＡｓＰと、ｎ型ＩｎＰとからなる。回折格子層１００ｃ上には、ｎ型ＩｎＰからなるスペーサ層１００ｄが積層している。スペーサ層１００ｄ上には、光導波層１００ｅが積層している。光導波層１００ｅは、バンドギャップ波長が１．５５μｍ帯より短い、たとえば１．３μｍであるＧａＩｎＡｓＰからなる。

光導波層１００ｅ上には、ｐ型ＩｎＰからなる第１上部クラッド層１００ｆが積層している。下部クラッド層１００ｂの上部、回折格子層１００ｃ、スペーサ層１００ｄ、光導波層１００ｅ、第１上部クラッド層１００ｆは、エッチング等により、１．５５μｍ帯の光をシングルモードで光導波するのに適した幅Ｗ１（たとえば２μｍ）にされたメサ構造Ｍ１になっている。メサ構造Ｍ１の両脇（紙面左右方向）は、ｐ型ＩｎＰからなる下部埋込層１００ｇおよびｎ型ＩｎＰからなる上部埋込層１００ｈで構成された電流ブロッキング構造で埋め込まれており、いわゆる埋込メサ構造が形成されている。さらに、第１上部クラッド層１００ｆおよび上部埋込層１００ｈの上には、ｐ型ＩｎＰからなる第２上部クラッド層１００ｉが積層している。

分布反射部１２０は、光導波層１００ｅとスペーサ層１００ｄと回折格子層１００ｃとを含み、一方向に沿って所定の長さで伸びるように構成されている。第１上部クラッド層１００ｆと第２上部クラッド層１００ｉとは、一体となって上部クラッド層として機能する。下部クラッド層１００ｂと、上部クラッド層と、下部埋込層１００ｇと、上部埋込層１００ｈとは、分布反射部１２０をそれに沿って上下左右から囲むように隣接しており、クラッド部１０６として機能する。

なお、積層部１０１において、２つの光導波部１１０ａ、１１０ｂが形成される各々の領域では、回折格子層１００ｃに変えて、回折格子層１００と同じｎ型ＧａＩｎＡｓＰからなる半導体層が積層した構成となっている。

トレンチ溝１０２ａ、１０２ｂは、クラッド部１０６に、分布反射部１２０の左右両側にそれぞれ、分布反射部１２０に沿って伸びる縦溝である。これらトレンチ溝１０２ａ、１０２ｂが、分布反射部１２０を含む、断面形状がメサ形状であり幅Ｗ２のメサ部Ｍ２を定義している。幅Ｗ２はたとえば３μｍである。さらに、光導波路構造１００は、各々のトレンチ溝１０２ａ、１０２ｂの内表面とクラッド部１０６の表面を覆う保護膜１００ｊを備える。保護膜１００ｊは、ＳｉＮｘは、クラッド部１０６よりも屈折率が低い、ＳｉＮｘなどの誘電体からなる。保護膜１００ｊの厚さはたとえば３００ｎｍである。

ヒータ１０３は、たとえばＴｉ膜、Ｐｔ膜、Ａｕ膜が積層した構造を有しており、メサ部Ｍ２におけるクラッド部１０６に形成された上部の保護膜１００ｊの表面に分布反射部１２０に沿って配置されている。

トレンチ溝１０２ａは、所定の溝幅を有する第１溝部１０２ａａと、第１溝部１０２ａａよりも溝幅が小さい第２溝部１０２ａｂ、１０２ａｃと、第１溝部１０２ａａよりも溝幅が大きい第３溝部１０２ａｄ、１０２ａｅ、１０２ａｆ、１０２ａｇとを有する。

トレンチ溝１０２ｂは、所定の溝幅を有する第１溝部１０２ｂａ、１０２ｂｂと、第１溝部１０２ｂａ、１０２ｂｂよりも溝幅が小さい第２溝部１０２ｂｃと、第１溝部１０２ｂａ、１０２ｂｂよりも溝幅が大きい第３溝部１０２ｂｄ、１０２ｂｅとを有する。第１溝部１０２ａａ、１０２ｂａ、１０２ｂｂの溝幅（たとえば図２に示す溝幅Ｗ３）はたとえば２０μｍである。ここで、トレンチ溝１０２ａ、１０２ｂは、クラッド部１０６に彫られた縦溝の側面に設けられた保護膜１００ｊの表面によってその構造の境界が定義されるとする。そこで、トレンチ溝１０２ａ、１０２ｂの溝幅は、図２に幅Ｗ３、Ｗ４等で示されているように溝内で相対する保護膜１００ｊの表面の間の距離である。

また、トレンチ溝１０２ａに対して、その近傍のクラッド部１０６は、平面視においてトレンチ溝１０２ａ内のメサ部Ｍ２から遠い内側壁からメサ部Ｍ２に向かって突出して第２溝部１０２ａｂ、１０２ａｃをそれぞれ形成する凸部１０１ａ、１０１ｂを有している。また、クラッド部１０６は、トレンチ溝１０２ａ内において、第３溝部１０２ａｄ、１０２ａｅ、１０２ａｆ、１０２ａｇをそれぞれ形成する凹部１０１ｃ、１０１ｄ、１０１ｅ、１０１ｆを有している。凹部１０１ｃ、１０１ｄ、１０１ｅ、１０１ｆは、第３溝部１０２ａｄ、１０２ａｅ、１０２ａｆ、１０２ａｇが凸部１０１ａ、１０１ｂのいずれかに隣接するように形成されている。

また、トレンチ溝１０２ｂに対して、その近傍のクラッド部１０６は、平面視においてトレンチ溝１０２ｂ内のメサ部Ｍ２から遠い内側壁からメサ部Ｍ２に向かって突出して第２溝部１０２ｂｃを形成する凸部１０１ｇを有している。また、クラッド部１０６は、トレンチ溝１０２ｂ内において、第３溝部１０２ｂｄ、１０２ｂｅをそれぞれ形成する凹部１０１ｈ、１０１ｉを有している。凹部１０１ｈ、１０１ｉは、第３溝部１０２ｂｄ、１０２ｂｅが凸部１０１ｇに隣接するように形成されている。

配線１０４は、たとえば厚さが１μｍであり、電極パッドとなる本体から延伸する２つのアーム部１０４ａ、１０４ｂを有する。アーム部１０４ａは凸部１０１ａの上を通って第２溝部１０２ａｂに掛け渡され、ヒータ１０３に電気的に接続している。アーム部１０４ｂは凸部１０１ｂの上を通って第２溝部１０２ａｃに掛け渡され、ヒータ１０３に電気的に接続している。アーム部１０４ａ、１０４ｂは、それぞれヒータ１０３の長手方向の両端付近に接続している。

配線１０５は、電極パッドとなる本体から延伸するアーム部１０５ａを有する。アーム部１０５ａは凸部１０１ｇの上を通って第２溝部１０２ｂｃに掛け渡され、ヒータ１０３に電気的に接続している。アーム部１０５ａは、ヒータ１０３の長手方向の中央付近に接続している。

なお、配線１０４、１０５は、Ａｕなどの導電性材料を含んで構成されている。

配線１０４、１０５に電流を流すと、ヒータ１０３は電流が供給されて発熱し、分布反射部１２０を加熱する。これにより、分布反射部１２０の屈折率が変化するので、分布反射部１２０の反射波長特性を変化させることができる。

この光導波路構造１００では、配線１０４、１０５のアーム部１０４ａ、１０４ｂ、１０５ａが、それぞれ凸部１０１ａ、１０１ｂの上を通って第２溝部１０２ａｂ、１０２ａｃ、１０２ｂｃに掛け渡され、ヒータ１０３に電気的に接続している。その結果、アーム部１０４ａ、１０４ｂ、１０５ａに歪みが掛かりにくくなるため、劣化や断線が発生しにくくなる。これにより、光導波路構造１００の信頼性の低下が抑制される。

第２溝部１０２ａｂ、１０２ａｃ、１０２ｂｃの溝幅（たとえば図２に示す溝幅Ｗ４）は、アーム部１０４ａ、１０４ｂ、１０５ａに歪みが掛かりにくくするために、たとえば３μｍ以下が好ましく、たとえば１μｍ程度である。

なお、図２に示すようにアーム部１０４ａが完全に直線状にならず、第２溝部１０２ａｂに掛け渡された部分が自重によって撓む場合があるが、溝幅Ｗ４を調整することによって、その撓みがアーム部１０４ａの劣化や断線に対して問題にならない程度にできる。

また、この光導波路構造１００では、ヒータ１０３に対してアーム部１０４ａとアーム部１０５ａとを通る電流経路で電流を流し、アーム部１０４ｂとアーム部１０５ａとを通る電流経路で電流を流すことができる。この場合、ヒータ１０３のアーム部１０４ａとアーム部１０５ａとの間の部分と、アーム部１０４ｂとアーム部１０５ａとの間の部分に、並列に電流が流れる。その結果、個々の電流経路においてヒータ１０３に電流を流す長さをヒータ１０３の全長よりも短くできる。これにより、ヒータ１０３において電流が受ける電気抵抗を小さくでき、発熱効率が高まる。

また、この光導波路構造１００では、凸部１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｇはメサ部Ｍ２と距離が近いため、ヒータ１０３により与えられた熱が凸部１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｇに伝熱し、放射されるおそれがある。そこで、第３溝部１０２ａｄ、１０２ａｅを凸部１０１ａに隣接させ、第３溝部１０２ａｆ、１０２ａｇを凸部１０１ｂに隣接させ、第３溝部１０２ｂｄ、１０２ｂｅを凸部１０１ｇに隣接させている。これによって、凸部１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｇの長さを実質的に長くして熱抵抗をできるだけ高め、凸部１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｇからの放熱を抑制している。第３溝部１０２ａｄ、１０２ａｅ、１０２ａｆ、１０２ａｇの溝幅（たとえば図３に示す溝幅Ｗ５）はたとえば３μｍ以上が好ましい。

以上説明したように、光導波路構造１００は、ヒータ１０３による加熱効率が高く、信頼性の低下が抑制されたものである。

（製造方法）
光導波路構造１００は、たとえば以下のような工程で製造することができる。まず、分布反射部１２０を形成するべき領域においては、図４（ａ）に示すように、基板１００ａ上に、公知の有機金属気相成長（Metal Organic Chemical Vapor Deposition:ＭＯＣＶＤ）法、フォトリソグラフィ技術及びエッチングを用いて、下部クラッド層１００ｂ、回折格子層１００ｃ、スペーサ層１００ｄ、光導波層１００ｅ、第１上部クラッド層１００ｆ、下部埋込層１００ｇ、上部埋込層１００ｈ、第２上部クラッド層１００ｉを有し、メサ構造Ｍ１を含む構造を形成する。すなわち、光導波層１００ｅと回折格子層１００ｃとを含み、一方向に沿って所定の長さで伸びように構成された分布反射部１２０と、分布反射部１２０をそれに沿って上下左右から囲むクラッド部１０６を形成する工程を行う。なお、光導波部１１０ａ、１１０ｂを形成すべき各々の領域では、回折格子層１００ｃに変えて、回折格子層１００と同じｐ型ＧａＩｎＡｓＰからなる半導体層が積層した構成となっている。

つづいて、全面にＳｉＮ膜を堆積した後、ＳｉＮ膜にパターニングを施す。その後、ＳｉＮ膜をマスクとしてドライエッチングし、トレンチ溝１０２ａ、１０２ｂとメサ部Ｍ２を形成する。すなわち、クラッド部１０６に、分布反射部１２０の両側に沿ってトレンチ溝１０２ａ、１０２ｂを形成することによって、分布反射部１２０を含むメサ部Ｍ２を形成する工程を行う。つづいて、ＣＶＤ法を用いて保護膜１００ｊを形成する。図４（ｂ）は、保護膜１００ｊを形成した後の状態を示している。なお、トレンチ溝１０２ａ、１０２ｂを形成する際には、凸部１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｇを形成することによって、第１溝部１０２ａａ、１０２ｂａ、１０２ｂｂと、第２溝部１０２ａｂ、１０２ａｃ、１０２ｂｃと、第３溝部１０２ａｄ、１０２ａｅ、１０２ａｆ、１０２ａｇ、１０２ｂｄ、１０２ｂｅとを形成する。

つづいて、たとえば蒸着法とリフトオフ法とを用いて、クラッド部１０６上で分布反射部１２０に沿ってヒータ１０３を配置する工程と、ヒータ１０３に電気的に接続する配線１０４、１０５を配置する工程とを行う。このとき、配線１０４、１０５のアーム部１０４ａ、１０４ｂ、１０５ａを、凸部１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｇのいずれかの上を通って第２溝部１０２ａｂ、１０２ａｃ、１０２ｂｃのいずれかに掛け渡し、ヒータ１０３に電気的に接続する。その後、半導体素子の作製における必要な工程を適宜行うことで、光導波路構造１００が完成する。

（実施形態２）
図５は、実施形態２に係る光導波路構造を説明する模式図であり、図２に相当する構造の右側の一部を拡大したものである。光導波路構造１００Ａは、実施形態１に係る光導波路構造１００において、保護膜１００ｊを保護膜１００Ａｊに置き換えた構成を有する。

保護膜１００Ａｊは、トレンチ溝１０２ａの開口部の近傍において、厚さが保護膜１００Ａｊの他の部分よりも厚い厚膜部１００Ａｊａを有する。その結果、第２溝部１０２ａｂの溝幅Ｗ６は、光導波路構造１００における溝幅Ｗ４よりも小さくなる。その結果、アーム部１０４ａには歪みがさらに掛かりにくくなるため、劣化や断線がさらに発生しにくくなる。これにより、光導波路構造１００の信頼性の低下がより一層抑制される。

なお、このような厚膜部１０７Ａｊａを形成するためには、ＣＶＤ法における保護膜の原料ガスの流量と圧力とを調整すればよい。

（実施形態３）
図６は、実施形態３に係る光導波路構造を説明する模式図であり、図６（ａ）は、図２に相当する図であり、図６（ｂ）は上面図である。光導波路構造１００Ｂは、実施形態１に係る光導波路構造１００において、凸部１０１ａを凸部１０１Ｂａに置き換えた構成を有する。

凸部１０１Ｂａは、突出方向において互いに離間した複数のセグメント１０１Ｂａａからなる。セグメント１０１Ｂａａ間は溝１０１Ｂａｂによって離間している。これにより、凸部１０１Ｂａの突出方向における熱抵抗をきわめて高くできるので、メサ部Ｍ２から凸部１０１Ｂａへの放熱をより一層抑制することができ、ヒータ１０３による加熱効率をより一層高めることができる。なお、他の凸部１０１ｂ、１０１ｇについても、凸部１０１Ｂａと同様の凸部に置き換えてもよい。

（実施形態４）
図７は、実施形態４に係る光導波路構造を説明する模式図であり、図２に相当する図である。この光導波路構造１００Ｃでは、保護膜１００ｊが第２溝部１０２ａｂを埋めている構造となっている。このように、保護膜１００ｊが第２溝部１０２ａｂを埋めている構造の場合、保護膜１００ｊを形成する前の第２溝部１０２ａｂの溝幅が十分に狭い。その結果、保護膜１００ｊで第２溝部１０２ａｂを埋めた場合の保護膜１００ｊの表面の凹凸は小さい。その結果、配線（アーム部１０４ａ）の劣化や断線が発生しにくくなる。

光導波路構造１００Ｃを作製する場合には、保護膜１００ｊを形成する前の第２溝部１０２ａｂの溝幅を０．５μｍ〜３μｍ程度とすることが好ましい。なお、他の第２溝部１０２ａｃ、１０２ｂｃについても、保護膜１００ｊで埋めるようにしてもよい。

（実施形態５）
図８は、実施形態１に係る光導波路構造の模式的な上面図である。図９は、図８のＣ−Ｃ線断面の一部を示す図である。光導波路構造１００Ｄは、実施形態１に係る光導波路構造１００において、トレンチ溝１０２ａ、１０２ｂをそれぞれトレンチ溝１０２Ｄａ、１０２Ｄｂに置き換え、ポリマー層１０７を追加した構成を有する。

すなわち、光導波路構造１００Ｄは、光導波層１００ｅと回折格子層１００ｃとを含み、一方向に沿って所定の長さで伸びるように構成された分布反射部１２０と、光導波部１１０ａ、１１０ｂと、光導波部１１０ａ、１１０ｂおよび分布反射部１２０をそれに沿って上下左右から囲むように隣接するクラッド部１０６と、を備える積層部１０１Ｄを有する。光導波路構造１００Ｄは、さらに積層部１０１Ｄのクラッド部１０６の上部の表面に分布反射部１２０に沿って配置されたヒータ１０３と、ヒータ１０３に電気的に接続された配線１０４、１０５と、を備えている。そして、クラッド部１０６に、分布反射部１２０の左右両側それぞれ、分布反射部１２０に沿って伸びる縦溝であるトレンチ溝１０２Ｄａ、１０２Ｄｂが形成されている。これらトレンチ溝１０２Ｄａ、１０２ｂＤが、分布反射部１２０を含み断面形状がメサ形状であるメサ部Ｍ２を定義している。

トレンチ溝１０２Ｄａ、トレンチ溝１０２Ｄｂの少なくとも一部は、ポリマー層１０７によって埋められている。

図９に示すように、ポリマー層１０７は、溝（図ではトレンチ溝１０２Ｄａについて示す）の底面に形成された表面が凸状である第１ポリマー層１０７ａと、第１ポリマー層１０７ａ上に形成された絶縁性の第２ポリマー層１０７ｂとを有する。すなわち、ポリマー層１０７において、第２ポリマー層１０７ｂが最表面を形成している。第１ポリマー層１０７ａ、第２ポリマー層１０７ｂは、いずれもクラッド部１０６よりも屈折率が低いものであり、本実施形態では感光性ポリマーであるポリイミドである。

配線１０４のアーム部１０４ａは、トレンチ溝１０２Ｄａの一部の上に露出している第２ポリマー層１０７ｂの表面を通ってヒータ１０３に電気的に接続している。配線１０４のアーム部１０４ｂも、トレンチ溝１０２Ｄａの一部の上に露出している第２ポリマー層１０７ｂの表面を通ってヒータ１０３に電気的に接続している。配線１０５のアーム部１０５ａも、トレンチ溝１０２Ｄｂの一部の上に露出している第２ポリマー層１０７ｂの表面を通ってヒータ１０３に電気的に接続している。

上述したように、溝を埋める絶縁材の表面は、中央が窪んだ形状となり、周辺が突起した形状となる場合がある。これに対して、ポリマー層１０７では、第１ポリマー層１０７ａを凸状に形成することによって、第２ポリマー層１０７ｂの表面の中央が窪む作用を相殺している。また、このように中央が窪む作用を相殺することによって、周辺が突起した形状となる作用も抑制される。その結果、ポリマー層１０７の表面の平坦性が高くなり、その上に配線（アーム部１０４ａ、１０４ｂ、１０５ａ）を通しても、歪みが掛かりにくくなり、劣化や断線が発生しにくくなる。これにより、光導波路構造１００Ｄの信頼性の低下が抑制される。

なお、トレンチ溝１０２Ｄａ、トレンチ溝１０２Ｄｂの溝幅（たとえば図９に示す溝幅Ｗ７）は、第１ポリマー層１０７ａの凸形状を形成しやすくするため、５μｍ〜１５μｍ程度とすることが好ましい。また、本実施形態ではトレンチ溝１０２Ｄａ、１０２Ｄｂの一部のみポリマー層１０７で埋めているが、トレンチ溝１０２Ｄａ、１０２Ｄｂの全体をポリマー層１０７で埋めてもよい。

（製造方法）
光導波路構造１００Ｄは、たとえば以下のような工程で製造することができる。まず、図４を参照して説明した光導波路構造１００の製造工程と同様に分布反射部１２０と、光導波部１１０ａ、１１０ｂと、これらをそれに沿って上下左右から囲むクラッド部１０６を形成する工程を行う。。つづいて、トレンチ溝１０２Ｄａ、１０２Ｄｂとメサ部Ｍ２を形成する。つづいて、ＣＶＤ法を用いて保護膜１００ｊを形成する。つづいて、図１０（ａ）に示すように、トレンチ溝１０２Ｄａ、１０２Ｄｂ内の所定の箇所（図ではトレンチ溝１０２Ｄａについて示す）の底面に表面が凸状になるように第１ポリマー材料である硬化前のポリイミドを供給する。その後ポリイミドを熱硬化して第１ポリマー層１０７ａとする。つづいて、図１０（ｂ）に示すように、第１ポリマー層１０７上に第２ポリマー材料である硬化前のポリイミドを供給し、これを熱硬化して第２ポリマー層１０７ｂとし、トレンチ溝１０２Ｄａ、１０２Ｄｂの一部を埋める。

その後、ヒータ１０３を配置する工程と、ヒータ１０３に電気的に接続する配線１０４、１０５を配置する工程とを行い、さらに半導体素子の作製における必要な工程を適宜行うことで、光導波路構造１００Ｄが完成する。

なお、上記実施形態１〜３において、ポリイミドなどの絶縁性材料で第２溝部を埋めてもよい、実施形態４と同様に、実施形態１〜３の第２溝部の溝幅が十分に狭いので、絶縁性材料で埋めた場合の表面の凹凸は小さい。その結果、絶縁性材料の上に配線を通しても、劣化や断線が発生しにくくなる。また、上記実施形態１では、２つのトレンチ溝の両方が、第１溝部と第２溝部と第３溝部とを有するが、２つのトレンチ溝の少なくとも一方が第１溝部と第２溝部と第３溝部とを有していてもよい。実施形態２、３についても同様である。また、上記実施形態５では、２つのトレンチ溝の両方の少なくとも一部がポリマー層によって埋められているが、２つのトレンチ溝の少なくとも一方の少なくとも一部がポリマー層によって埋められていてもよい。

また、上記実施形態では、回折格子層が光導波層に対して基板側に位置するが、基板とは反対側に位置させてもよい。また、上記実施形態において、分布反射部の両脇が電流ブロッキング構造等の半導体で埋め込まれておらず、メサ部がハイメサ構造になっていてもよい。この場合、メサ部の両脇に隣接したクラッド部は存在せず、分布反射部を挟むように隣接する下部クラッド層と第１上部クラッド層及び第２上部クラッド層とで構成される。

また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１００ 光導波路構造
１００ａ 基板
１００ｂ 下部クラッド層
１００ｃ 回折格子層
１００ｄ スペーサ層
１００ｅ 光導波層
１００ｆ 第１上部クラッド層
１００ｇ 下部埋込層
１００ｈ 上部埋込層
１００ｉ 第２上部クラッド層
１００ｊ 保護膜
１０１ 積層部
１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｇ 凸部
１０１ｃ、１０１ｄ、１０１ｅ、１０１ｆ、１０１ｈ 凹部
１０２ａ、１０２ｂ トレンチ溝
１０２ａａ、１０２ｂａ、１０２ｂｂ 第１溝部
１０２ａｂ、１０２ａｃ、１０２ｂｃ 第２溝部
１０２ａｄ、１０２ａｅ、１０２ａｆ、１０２ａｇ、１０２ｂｄ、１０２ｂｅ 第３溝部
１０３ ヒータ
１０４、１０５ 配線
１０４ａ、１０４ｂ、１０５ａ アーム部
１０６ クラッド部
１０７ ポリマー層
１０７ａ 第１ポリマー層
１０７ｂ 第２ポリマー層
１０８ａ、１０８ｂ ポリイミド
１１０ 光導波部
１２０ 分布反射部
Ｍ１ メサ構造
Ｍ２ メサ部
Ｗ１、Ｗ２ 幅
Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５、Ｗ６、Ｗ７ 溝幅

Claims (11)

1. 光導波層と回折格子層とを含み、一方向に沿って所定の長さで伸びるように構成された分布反射部と、
   前記分布反射部をそれに沿って上下左右から囲むクラッド部と、
   前記クラッド部の上部の表面に前記分布反射部に沿って配置されたヒータと、
   前記ヒータに電気的に接続された配線と、
   を備え、
   前記クラッド部には前記分布反射部の左右両側にそれぞれ前記分布反射部に沿って伸びる縦溝が形成されていて、これら縦溝が前記分布反射部を含む断面形状がメサ形状のメサ部を定義しており、
   前記ヒータは、前記メサ部上に配置されており、
   前記縦溝の少なくとも一つは、所定の溝幅を有する第１溝部と、前記第１溝部よりも溝幅が小さい第２溝部とを有し、
   前記縦溝の前記少なくとも一つに対し、その近傍の前記クラッド部は、平面視において前記縦溝内の前記メサ部から遠い内側壁から前記メサ部に向かって突出して前記第２溝部を形成する凸部を有しており、
   前記配線は、前記凸部の上を通って前記第２溝部に掛け渡され、前記ヒータに電気的に接続している光導波路構造。
2. 前記縦溝の前記少なくとも一つは、前記凸部に隣接して、前記第１溝部よりも溝幅が大きい第３溝部を有し、
   前記クラッド部は、前記第３溝部を形成する凹部を有している請求項１に記載の光導波路構造。
3. 前記凸部は、突出方向において互いに離間した複数のセグメントからなる請求項１又は２に記載の光導波路構造。
4. 前記各々の縦溝の内表面と前記クラッド部の表面を覆う保護膜をさらに備える請求項１〜３のいずれか一つに記載の光導波路構造。
5. 前記保護膜は、前記溝の開口部の近傍において厚さが他の保護膜の部分よりも厚い請求項４に記載の光導波路構造。
6. 前記保護膜は前記第２溝部を埋めている請求項４に記載の光導波路構造。
7. 前記凸部と前記メサ部との間の前記溝の幅は３μｍ以下である請求項１〜６のいずれか一つに記載の光導波路構造。
8. 光導波層と回折格子層とを含み、一方向に沿って所定の長さで伸びるように構成された分布反射部と、
   前記分布反射部をそれに沿って上下左右から囲むクラッド部と、
   前記クラッド部の上部の表面に前記分布反射部に沿って配置されたヒータと、
   前記ヒータに電気的に接続された配線と、
   を備え、
   前記クラッド部には前記分布反射部の左右両側に沿ってそれぞれ前記分布反射部に沿って伸びる縦溝が形成されていて、これら縦溝が前記分布反射部を含む断面形状がメサ形状のメサ部を定義しており、
   前記ヒータは、前記メサ部上に配置されており、
   前記縦溝のうち少なくとも一つの縦溝のその少なくとも一部は、縦溝の底面に形成された表面が凸状である第１ポリマー層と、前記第１ポリマー層上に形成された絶縁性の第２ポリマー層とによって埋められており、
   前記配線は、前記縦溝の前記一部の上に露出している前記第２ポリマー層の表面を通って前記ヒータに電気的に接続している光導波路構造。
9. 前記回折格子層は標本化回折格子、位相シフト回折格子、又は超構造回折格子として構成されている請求項１〜８のいずれか一つに記載の光導波路構造。
10. 光導波層と回折格子層とを含み、一方向に沿って所定の長さで伸びるように構成された分布反射部と、前記分布反射部をそれに沿って上下左右から囲むクラッド部と、を形成する工程と、
    前記クラッド部に、前記分布反射部の左右両側にそれぞれ前記分布反射部に沿って伸びる縦溝を形成することによって、前記分布反射部を含む断面形状がメサ形状のメサ部を形成する工程と、
    前記クラッド部の上部の表面に前記分布反射部に沿ってヒータを配置する工程と、
    前記ヒータに電気的に接続する配線を配置する工程と、
    を含み、
    前記溝を形成する際に、前記縦溝の少なくとも一つに対し、その近傍の前記クラッド部に、平面視において前記縦溝内の前記メサ部から遠い内側壁から前記メサ部に向かって突出する凸部を形成することによって、所定の溝幅を有する第１溝部と、前記第１溝部よりも溝幅が小さく、前記凸部によって形成される第２溝部とを形成し、
    前記配線を配置する際に、前記配線を前記凸部の上を通って前記第２溝部に掛け渡し、前記ヒータに電気的に接続する光導波路構造の製造方法。
11. 光導波層と回折格子層とを含み、一方向に沿って所定の長さで伸びるように構成された分布反射部と、前記分布反射部をそれに沿って上下左右から囲むクラッド部と、を形成する工程と、
    前記クラッド部に、前記分布反射部の左右両側にそれぞれ前記分布反射部に沿って伸びる縦溝を形成することによって、前記分布反射部を含む断面形状がメサ形状のメサ部を形成する工程と、
    前記縦溝のうち少なくとも一つの縦溝のその少なくとも一部に、その縦溝の底面に表面が凸状である第１ポリマー材料を供給し、前記第１ポリマー材料を硬化して第１ポリマー層を形成する工程と、
    前記第１ポリマー層上に絶縁性の第２ポリマー材料を供給し、前記第２ポリマー材料を硬化して第２ポリマー層を形成し、前記縦溝の前記一部を埋める工程と、
    前記クラッド部の上部の表面に前記分布反射部に沿ってヒータを配置する工程と、
    配線を、前記縦溝の前記一部の上に露出している前記第２ポリマー層の表面を通って前記ヒータに電気的に接続するように配置する工程と、
    を含む光導波路構造の製造方法。

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