JP2019161070A - 光導波路構造及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱効率が高く、信頼性低下が抑制された光導波路構造を提供する。【解決手段】光導波路構造は、分布反射部と、クラッド部と、分布反射部に沿ったヒータと、ヒータに接続された配線と、を備え、分布反射部の左右の各側に伸びる第１溝と第２溝が、分布反射部を含むメサ部を定義しており、ヒータはメサ部上に配置されており、第１溝と第２溝は、第１部分と、第１部分よりも溝幅及び溝深さが小さい第２部分とを有し、第１溝と第２溝においては、その近傍のクラッド部は、溝内で突出して第２部分を形成する凸部を有し、配線は凸部の上を通って第２部分に掛け渡され、メサ部および第１溝と第２溝の真下において、基板との間には平面的に広がる空隙が形成され、第１部分は空隙まで到達していて、第２部分は空隙まで到達しておらず、クラッド部の一部によって形成される底面があり、底面を形成するクラッド部の一部によって、メサ部と凸部とが連結している。【選択図】図２

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、光導波層の下に空隙を設けた中空導波路構造にしたりする技術が特許文献２〜６に開示されている。

一方、特許文献７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 特開２０１２−１７４９３８号公報 特許第６０９３６６０号公報 特表２０１７−５０２３５５号公報

ヒータによる加熱効率を高めるためには、中空導波路構造とすることが望ましい。しかしながら、従来の中空導波路構造では、光導波層が含まれる部分を支持する支持構造が脆弱のため信頼性が低下する、又は、支持構造を通じて熱が流出しやすいなどの問題があった。

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、基板と、前記基板上に設けられた、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、前記基板上に設けられた、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の各々の側に前記分布反射部に沿って伸びる第１溝と第２溝がそれぞれ形成されていて、これら第１溝と第２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、前記第１溝と第２溝のそれぞれは、所定の溝幅を有する第１部分と、前記第１部分よりも溝幅及び溝深さが小さい第２部分とを有し、前記第１溝と第２溝のそれぞれにおいては、その近傍の前記クラッド部は、平面視において前記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それぞれの前記第２部分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部分に掛け渡され、前記ヒータに電気的に接続しており、前記分布反射部を含む前記メサ部および前記第１溝と第２溝の真下において、基板との間には平面的に広がる空隙が形成されており、前記第１溝の前記第１部分と前記第２溝の第１部分はそれぞれ前記空隙まで到達していて、前記第１溝と第２溝は前記空隙により連通されており、前記第１溝の前記第２部分と前記第２溝の第２部分はそれぞれ前記空隙まで到達しておらず、各々クラッド部の一部によって形成される底面があり、それぞれその底面を形成するクラッド部の一部によって、前記メサ部と前記クラッド部の前記凸部とが連結している。

本発明の一態様に係る光導波路構造は、前記第１溝と第２溝のそれぞれの前記凸部は、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、前記第１溝及び前記第２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、前記保護膜は前記第１溝と第２溝のそれぞれの前記第２部分を埋めている。

本発明の一態様に係る光導波路構造は、前記空隙の側方に隣接する犠牲層を有しており、前記犠牲層は、前記犠牲層の上層及び下層を構成する材料よりも、所定のエッチング剤に対するエッチングレートが高い材料からなる。

本発明の一態様に係る光導波路構造は、前記第２溝幅部の溝幅は２μｍ以下である。

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、基板上に犠牲層を形成する工程と、前記犠牲層を含む基板上の表面に、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の各々の側に前記分布反射部に沿って伸びる第１溝と第２溝のそれぞれを形成し、これら第１溝と第２溝により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、前記分布反射部を含む前記メサ部および前記第１溝と第２溝の真下の前記犠牲層の少なくとも一部を除去することにより、前記メサ部および前記第１溝と第２溝の真下に平面的に広がる空隙を形成する工程と、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、前記第１溝及び前記第２溝を形成する際、その近傍の前記クラッド部に、平面視において前記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いる凸部を形成し、前記第１溝と第２溝のそれぞれに、所定の溝幅を有し溝深さが少なくとも前記犠牲層まで到達する深さの第１部分と、前記第１部分よりも溝幅が小さく溝深さが前記犠牲層まで到達しない深さでありかつ前記凸部によって定義される第２部分を形成し、前記第１溝と第２溝の真下の前記犠牲層の少なくとも一部を除去する際に、前記犠牲層の上にある層及び下にある層を構成する材料各々よりも、前記犠牲層を構成する材料に対してエッチングレートが高いエッチング剤を、前記第１部分の各々を通じて前記犠牲層に供給し、前記犠牲層のうち前記メサ部の下の領域を除去し、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溝幅部に掛け渡し、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、前記犠牲層は前記基板上の略全面に形成され、前記空隙を形成する際に、前記犠牲層の一部のみを除去し、前記犠牲層の上にある層の一部と下にある層の一部とが残された前記犠牲層で連結される。

本発明の一態様に係る光導波路構造の製造方法は、前記犠牲層は前記基板上の一部の領域に形成され、前記空隙を形成する際に、前記犠牲層の全部を除去する。

本発明の一態様に係る光導波路構造の製造方法は、前記空隙を形成する工程では、前記第１溝の前記第１部分と前記第２溝の第１部分はそれぞれ前記空隙まで到達していて、前記第１溝と第２溝は前記空隙により連通されており、前記第１溝の前記第２部分と前記第２溝の第２部分はそれぞれ前記空隙まで到達しておらず、各々クラッド部の一部によって形成される底面があり、それぞれその底面を形成するクラッド部の一部によって、前記メサ部と前記クラッド部の前記凸部とが連結している、様に、前記犠牲層が除去される。

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、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６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７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８は、実施形態４に係る光導波路構造の模式的な断面図である。 図９は、実施形態４に係る光導波路構造の模式的な断面図である。 図１０は、図８、９に示す光導波路構造の製造方法を説明する図である。 図１１は、図８、９に示す光導波路構造の製造方法を説明する図である。 図１２は、図８、９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、同一又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。図３は、図１のＢ−Ｂ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、第１溝であるトレンチ溝１０２ａと第２溝である１０２ｂとが形成されている。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、基板１００ａ上には、犠牲層１００ｋが積層している。犠牲層１００ｋ上には、ｎ型ＩｎＰからなる下部クラッド層１００ｂが積層している。

犠牲層１００ｋは基板１００ａ上に部分的に積層している。その結果、基板１００ａ、犠牲層１００ｋ、下部クラッド層１００ｂで囲まれた層状の空隙Ｇ１が形成される。犠牲層１００ｋは空隙Ｇ１の側方に隣接している。なお、犠牲層１００ｋは、その下層である基板１００ａ及び上層である下部クラッド層１００ｂを構成する半導体材料であるＩｎＰに、略格子整合する半導体材料からなる。犠牲層１００ｋは、たとえばＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＩｎＡｓなどの半導体混晶材料からなる。これにより、犠牲層１００ｋは、基板１００ａ及び下部クラッド層１００ｂよりも、所定のエッチング剤に対するエッチングレートが高いものとなる。

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とが交互に配置され、回折格子構造を成している。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及び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及び上部埋込層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、基板１００ａ上に設けられ、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１００ｃ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の左右の各々の側に分布反射部１２０に沿って伸びている。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、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における保護膜１００ｊの表面で分布反射部１２０に沿って配置されている。ヒータ１０３は、ＴｉＰｔ膜、Ｃｒ膜、ＮｉＣｒ膜を含んでいてもよい。

トレンチ溝１０２ａは、所定の溝幅を有する第１部分１０２ａａと、第１部分１０２ａａよりも溝幅及び溝深さが小さい第２部分１０２ａｂ、１０２ａｃと、第１部分１０２ａａよりも溝幅及び溝深さが大きい第３部分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部分１０２ｂａ、１０２ｂｂと、第１部分１０２ｂａ、１０２ｂｂよりも溝幅及び溝深さが小さい第２部分１０２ｂｃと、第１部分１０２ｂａ、１０２ｂｂよりも溝幅及び溝深さが大きい第３部分１０２ｂｄ、１０２ｂｅとを有する。第１部分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。第２部分１０２ａｂ、１０２ａｃ、１０２ｂｃの溝幅は２μｍ以下が好ましい。ここで、トレンチ溝１０２ａ、１０２ｂの溝幅については、保護膜１００ｊの厚さを含めない幅と規定する。

空隙Ｇ１は、分布反射部１２０を含むメサ部Ｍ２およびトレンチ溝１０２ａ、１０２ｂの真下において、基板１０１ａとの間に平面的に広がるように形成されている。トレンチ溝１０２ａ、１０２ｂの第１部分１０２ａａ、１０２ｂａ、１０２ｂｂは、それぞれ空隙Ｇ１まて到達していて、トレンチ溝１０２ａ、１０２ｂは空隙Ｇ１により連通している。また、第２部分１０２ａｂ、１０２ａｃ、１０２ｂｃは溝深さが小さく、空隙Ｇ１まで到達しておらず、保護膜１００ｊによって埋められている。なお、第３部分１０２ａｄ、１０２ａｅ、１０２ａｆ、１０２ａｇ、１０２ｂｄ、１０２ｂｅは、空隙Ｇ１に到達していてもよい。

また、トレンチ溝１０２ａにおいては、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部分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部分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は、第３部分１０２ａｄ、１０２ａｅが凸部１０１ａに隣接するように形成されている。凹部１０１ｅ、１０１ｆは、第３部分１０２ａｆ、１０２ａｇが凸部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においては、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部分１０２ｂｃを形成する凸部１０１ｇを有している。また、積層部１０１は、トレンチ溝１０２ｂ内において、第３部分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部分１０２ｂｄ、１０２ｂｅが凸部１０１ｇに隣接するように形成されている。

ここで、第２部分１０２ａｂ、１０２ａｃ、１０２ｂｃには、各々クラッド部１０６の一部によって形成される底面があり、それぞれその底面を形成するクラッド部１０６の一部によって、メサ部Ｍ２と、各凸部１０１ａ、１０１ｂ、１０２ｇとが連結している。たとえば、図２に示すように、メサ部Ｍ２と、凸部１０１ａとは、凸部１０１ａにおける第２部分１０２ａｂの底面と、空隙Ｇ１との境界面と、の間の部分である、下部クラッド層１００ｂの一部によって連結している。

一方、図３に示すように、凸部１０１ａ、１０１ｂ、１０２ｇを含まない断面では、メサ部Ｍ２は、その周囲とは空隙Ｇ１、第１部分及び第３部分（図３では第１部分１０２ａａ、１０２ｂａを示す）により隔絶されている。

なお、第１上部クラッド層１００ｆと第２上部クラッド層１００ｉとを合わせた厚さは例えば２μｍである。下部クラッド層１００ｂの厚さは例えば２μｍである。犠牲層１００ｋの厚さはたとえば０．３μｍである。空隙Ｇ１の厚さは犠牲層１００ｋの厚さと同じである。

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の上を通り、保護膜１００ｊで埋められた第２部分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の上を通り、保護膜１００ｊで埋められた第２部分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の上を通り、保護膜１００ｊで埋められた第２部分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、メサ部Ｍ２と、凸部１０１ａ、１０１ｂ、１０２ｇとが、下部クラッド層１００ｂの一部によって連結しており、凸部１０１ａ、１０１ｂ、１０２ｇを含まない断面では、メサ部Ｍ２はその周囲とは空隙Ｇ１、第１部分及び第３部分により隔絶されている。これにより、ヒータ１０３から発生した熱が基板１０１ａに拡散してしまうことが抑制される。その結果、ヒータ１０３が発生する熱が分布反射部１２０を効率良く加熱し、分布反射部１２０の反射波長特性を効率よく制御することができる。これにより、ヒータ１０３の消費電力を抑制できる。

また、メサ部Ｍ２と、凸部１０１ａ、１０１ｂ、１０２ｇとの連結部が、メサ部Ｍ２を十分な強度で支持するので、信頼性の低下を抑制できる。なお、メサ部Ｍ２と、凸部１０１ａ、１０１ｂ、１０２ｇとの間の第２部分１０２ａｂ、１０２ａｃ、１０２ｂｃは、断熱性を有する保護膜１００ｊで埋められているので、熱の流出を抑制できる。

さらに、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の上を通り、保護膜１００ｊで埋められた第２部分１０２ａｂ、１０２ａｃ、１０２ｂｃに掛け渡され、ヒータ１０３に電気的に接続している。このように、保護膜１００ｊが第２部分１０２ａｂ、１０２ａｃ、１０２ｂｃを埋めている構造の場合、保護膜１００ｊを形成する前の第２部分１０２ａｂ、１０２ａｃ、１０２ｂｃの溝幅が十分に狭い。その結果、保護膜１００ｊで第２部分１０２ａｂ、１０２ａｃ、１０２ｂｃ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、１０４ｂ、１０５ａ）の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部分１０２ａｂ、１０２ａｃ、１０２ｂｃの溝幅は、２μｍ以下が好ましく、たとえば１μｍ程度である。

また、アーム部１０４ａ、１０４ｂ、１０５ａは、メサ部Ｍ２を支持する構造としても機能するので、メサ部Ｍ２の支持強度はさらに高くなり、信頼性の低下を一層抑制できる。

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。

なお、保護膜１００ｊが介在するものの、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、放射されることも考えられる。そこで、第３部分１０２ａｄ、１０２ａｅを凸部１０１ａに隣接させ、第３部分１０２ａｆ、１０２ａｇを１０１ｂに隣接させ、第３部分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部分１０２ａｄ、１０２ａｅ、１０２ａｆ、１０２ａｇの溝幅はたとえば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、犠牲層１００ｋを形成する。そして、犠牲層１００ｋを含む基板１００ａ上の表面に、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を形成すべき領域では、回折格子層１００ｃに変えて、回折格子層１００ｃ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。犠牲層１００ｋは、分布反射部１２０に対して基板１００ａ側に、基板１００ａの略全面にわたって形成される。

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の左右の各々の側に分布反射部１２０に沿って伸びるトレンチ溝１０２ａ、１０２ｂを形成し、これらトレンチ溝１０２ａ、１０２ｂにより、断面形状がメサ形状であり、分布反射部１２０を含むメサ部Ｍ２を形成する工程を行う。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部分１０２ａａ、１０２ｂａ、１０２ｂｂと、第２部分１０２ａｂ、１０２ａｃ、１０２ｂｃと、第３部分１０２ａｄ、１０２ａｅ、１０２ａｆ、１０２ａｇ、１０２ｂｄ、１０２ｂｅとを形成する。第２部分１０２ａｂは凸部１０１ａによって定義され、第２部分１０２ａｃは凸部１０１ｂによって定義され、第２部分１０２ｂｃは凸部１０１ｇによって定義される。

図４（ｂ）は、図２に対応する図であり、図４（ｃ）は、図３に対応する図である。第１部分１０２ａａ、１０２ｂａは犠牲層１００ｋに到達し、さらに基板１００ａの表面まで到達する溝深さとなるが、第２部分１０２ａｂは溝幅が小さいため、マイクロローディング効果によって溝深さが小さくなり、犠牲層１００ｋに到達しない。同様に、第１部分１０２ｂｂは犠牲層１００ｋに到達し、第２部分１０２ａｃ、１０２ｂｃも犠牲層１００ｋに到達しない溝深さとなる。第３部分１０２ａｄ、１０２ａｅ、１０２ａｆ、１０２ａｇ、１０２ｂｄ、１０２ｂｅは犠牲層１００ｋに到達する溝深さでもよい。

つづいて、空隙Ｇ１を形成する。具体的には、ＩｎＰに対してよりも、犠牲層１００ｋを構成する材料に対してエッチングレートが高いエッチング液（たとえば硫酸系エッチング液や酒石酸系エッチング液）を、第１部分１０２ａａ、１０２ｂａ、１０２ｂｂを通じて犠牲層１００ｋに供給する。たとえば、図４（ｂ）、（ｃ）までの工程を行った後、トレンチ溝１０２ａ、１０２ｂ以外の表面に保護レジストを形成し、エッチング液に浸漬して、第１部分１０２ａａ、１０２ｂａ、１０２ｂｂの各々を通じて犠牲層１００ｋに供給する。これにより、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、分布反射部１２０を含むメサ部Ｍ２およびトレンチ溝１０２ａ、１０２ｂの真下の犠牲層１００ｋの一部のみを除去し、メサ部Ｍ２およびトレンチ溝１０２ａ、１０２ｂの真下に平面的に広がる空隙Ｇ１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、たとえば蒸着法とリフトオフ法とを用いて、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保護膜１００ｊで埋められた第２部分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６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１００Ａ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１０１Ａａに置き換えた構成を有する。

凸部１０１Ａａは、突出方向において互いに離間した複数のセグメント１０１Ａａａからなる。セグメント１０１Ａａａ間は溝１０１Ａａｂによって離間している。これにより、凸部１０１Ａａ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１０１Ａａ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１０１Ａａと同様の凸部に置き換えてもよい。

（実施形態３）
図７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２に相当する図である。光導波路構造１００Ｂは、実施形態１に係る光導波路構造１００のメサ部Ｍ２をメサ部Ｍ３に置き換えた構成を有する。

メサ部Ｍ３は、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、ハイメサ構造になっている。この場合、クラッド部は、下部クラッド層１００ｂと第１上部クラッド層１００ｆ及び第２上部クラッド層１００１００ｉとで構成される。

光導波路構造１００Ｂでは、半導体からなる埋込構造が無く、メサ部Ｍ３の体積が小さいので、ヒータ１０３の消費電力をさらに抑制できる。

（実施形態４）
図８、９は、実施形態４に係る光導波路構造の模式的な断面図である。図８は図２に相当する図であり、図９は図３に相当する図である。光導波路構造１００Ｃは、実施形態１に係る光導波路構造１００において、積層部１０１を積層部１０１Ｃに置き換えた構成を有する。積層部１０１Ｃは、積層部１０１において、犠牲層１００ｋを削除し、下部クラッド層１００ｂを下部クラッド層１００Ｃｂに置き換えた構成を有する。光導波路構造１００Ｃの上面図は、図１と同様であるので、図示を省略し、かつ適宜図１に示した符号を用いて光導波路構造１００Ｃの構造を説明する。

下部クラッド層１００Ｃｂは基板１００ａ上に部分的に積層している。その結果、基板１００ａ、下部クラッド層１００ｂで囲まれた層状の空隙Ｇ２が形成される。空隙Ｇ２は、分布反射部１２０を含むメサ部Ｍ２およびトレンチ溝１０２ａ、１０２ｂの真下において、基板１０１ａとの間に平面的に広がるように形成されている。

第２部分１０２ａｂ、１０２ａｃ、１０２ｂｃには、各々クラッド部１０６の一部によって形成される底面があり、それぞれその底面を形成するクラッド部１０６の一部によって、メサ部Ｍ２と、各凸部１０１ａ、１０１ｂ、１０２ｇとが連結している。たとえば、図８に示すように、メサ部Ｍ２と、凸部１０１ａとは、凸部１０１ａにおける第２部分１０２ａｂの底面と、空隙Ｇ２との境界面と、の間の部分である、下部クラッド層１００Ｃｂの一部によって連結している。

一方、図９に示すように、凸部１０１ａ、１０１ｂ、１０２ｇを含まない断面では、メサ部Ｍ２は、その周囲とは空隙Ｇ２、第１部分及び第３部分（図９では第１部分１０２ａａ、１０２ｂａを示す）により隔絶されている。

この光導波路構造１００Ｃでは、光導波路構造１００と同様の効果が得られる。すなわち、ヒータ１０３が発生する熱が分布反射部１２０を効率良く加熱し、分布反射部１２０の反射波長特性を効率よく制御することができる。これにより、ヒータ１０３の消費電力を抑制できる。

また、メサ部Ｍ２と、凸部１０１ａ、１０１ｂ、１０２ｇとの連結部が、メサ部Ｍ２を十分な強度で支持するので、信頼性の低下を抑制できる。また、配線（アーム部１０４ａ、１０４ｂ、１０５ａ）の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１００Ｃの信頼性の低下が抑制される。さらに、アーム部１０４ａ、１０４ｂ、１０５ａによってメサ部Ｍ２の支持強度はさらに高くなり、信頼性の低下を一層抑制できる。

また、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ので、発熱効率が高まる。

以上説明したように、光導波路構造１００Ｃ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１００Ｃ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１０（ａ）に示すように、公知のＭＯＣＶＤ法を用いて、基板１００ａ上に、犠牲層１００Ｃｋを積層する。犠牲層１００Ｃｋは、光導波路構造１００における犠牲層１００ｋと同様に、基板１００ａ及び下部クラッド層１００ｂを構成する半導体材料であるＩｎＰに、略格子整合する半導体材料からなる。犠牲層１００Ｃｋは、たとえばＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＩｎＡｓなどの半導体混晶材料からなる。犠牲層１００Ｃｋの厚さはたとえば０．３μｍである。

つづいて、図１０（ｂ）に示すように、後に空隙Ｇ２を形成すべき領域において犠牲層１００Ｃｋを残す処理を行う。たとえば、犠牲層１００Ｃｋを残す領域において犠牲層１００Ｃｋ上に、フォトリソグラフィ技術を用いて保護レジストを形成し、その他の領域の犠牲層１００Ｃｋをドライエッチング等のエッチングで除去する。これにより、基板１０１ａ上の一部の領域に犠牲層１００Ｃｋが形成される。その後保護レジストを除去する。

つづいて、図１０（ｃ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、下部クラッド層１００ｂを積層する。

つづいて、図１０（ｄ）に示すように、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とを有する積層部１０１Ｃを形成する工程を行う。なお、光導波部１１０ａ、１１０ｂを形成すべき領域では、回折格子層１００ｃに変えて、回折格子層１００ｃ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。

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の左右の各々の側に分布反射部１２０に沿って伸びるトレンチ溝１０２ａ、１０２ｂを形成し、これらトレンチ溝１０２ａ、１０２ｂにより、断面形状がメサ形状であり、分布反射部１２０を含むメサ部Ｍ２を形成する工程を行う。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部分１０２ａａ、１０２ｂａ、１０２ｂｂと、第２部分１０２ａｂ、１０２ａｃ、１０２ｂｃと、第３部分１０２ａｄ、１０２ａｅ、１０２ａｆ、１０２ａｇ、１０２ｂｄ、１０２ｂｅとを形成する。

図１１（ａ）は、図８に対応する図であり、図１１（ｂ）は、図９に対応する図である。第１部分１０２ａａ、１０２ｂａは犠牲層１００Ｃｋに到達し、さらに基板１００ａの表面まで到達する溝深さとなるが、第２部分１０２ａｂは溝幅が小さいため、マイクロローディング効果によって溝深さが小さくなり、犠牲層１００Ｃｋに到達しない。同様に、第１部分１０２ｂｂは犠牲層１００Ｃｋに到達し、第２部分１０２ａｃ、１０２ｂｃも犠牲層１００Ｃｋに到達しない溝深さとなる。第３部分１０２ａｄ、１０２ａｅ、１０２ａｆ、１０２ａｇ、１０２ｂｄ、１０２ｂｅは犠牲層１００ｋに到達する溝深さでもよい。

つづいて、空隙Ｇ２を形成する。具体的には、ＩｎＰに対してよりも、犠牲層１００Ｃｋを構成する材料に対してエッチングレートが高いエッチング液を、第１部分１０２ａａ、１０２ｂａ、１０２ｂｂを通じて犠牲層１００Ｃｋに供給する。たとえば、図１１（ａ）、（ｂ）までの工程を行った後、トレンチ溝１０２ａ、１０２ｂ以外の表面に保護レジストを形成し、エッチング液に浸漬して、第１部分１０２ａａ、１０２ｂａ、１０２ｂｂの各々を通じて犠牲層１００Ｃｋに供給する。これにより、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、分布反射部１２０を含むメサ部Ｍ２およびトレンチ溝１０２ａ、１０２ｂの真下の犠牲層１００Ｃｋの全部を除去する。その結果、メサ部Ｍ２およびトレンチ溝１０２ａ、１０２ｂの真下に平面的に広がる空隙Ｇ２が形成される。

つづいて、ＣＶＤ法を用いて保護膜１００ｊを形成する。つづいて、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保護膜１００ｊで埋められた第２部分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１００Ｃが完成する。

なお、上記実施形態１〜４において、ポリイミドなどの絶縁性材料で第２部分を埋めてもよい、実施形態１〜４の第２部分の溝幅は十分に小さいので、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、第２部分を埋めなくてもよい。

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
１００ｋ、１００Ｃｋ 犠牲層
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部分
１０２ａｂ、１０２ａｃ、１０２ｂｃ 第２部分
１０２ａｄ、１０２ａｅ、１０２ａｆ、１０２ａｇ、１０２ｂｄ、１０２ｂｅ 第３部分
１０３ ヒータ
１０４、１０５ 配線
１０４ａ、１０４ｂ、１０５ａ アーム部
１０６ クラッド部
１１０ａ、１１０ｂ 光導波部
１２０ 分布反射部
Ｇ１、Ｇ２ 空隙
Ｍ１ メサ構造
Ｍ２、Ｍ３ メサ部
Ｗ１、Ｗ２ 幅
Ｗ３ 溝幅

Claims (11)

1. 基板と、
   前記基板上に設けられた、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、
   前記基板上に設けられた、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の各々の側に前記分布反射部に沿って伸びる第１溝と第２溝がそれぞれ形成されていて、これら第１溝と第２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、
   前記第１溝と第２溝のそれぞれは、所定の溝幅を有する第１部分と、前記第１部分よりも溝幅及び溝深さが小さい第２部分とを有し、
   前記第１溝と第２溝のそれぞれにおいては、その近傍の前記クラッド部は、平面視において前記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それぞれの前記第２部分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部分に掛け渡され、前記ヒータに電気的に接続しており、
   前記分布反射部を含む前記メサ部および前記第１溝と第２溝の真下において、基板との間には平面的に広がる空隙が形成されており、
   前記第１溝の前記第１部分と前記第２溝の第１部分はそれぞれ前記空隙まで到達していて、前記第１溝と第２溝は前記空隙により連通されており、
   前記第１溝の前記第２部分と前記第２溝の第２部分はそれぞれ前記空隙まで到達しておらず、各々クラッド部の一部によって形成される底面があり、それぞれその底面を形成するクラッド部の一部によって、前記メサ部と前記クラッド部の前記凸部とが連結している、
   光導波路構造。
2. 前記第１溝と第２溝のそれぞれの前記凸部は、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に記載の光導波路構造。
3. 前記第１溝及び前記第２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又は２に記載の光導波路構造。
4. 前記保護膜は前記第１溝と第２溝のそれぞれの前記第２部分を埋めている、
   請求項３に記載の光導波路構造。
5. 前記空隙の側方に隣接する犠牲層を有しており、
   前記犠牲層は、前記犠牲層の上層及び下層を構成する材料よりも、所定のエッチング剤に対するエッチングレートが高い材料からなる、
   請求項１〜４に記載の光導波路構造。
6. 前記第２溝幅部の溝幅は２μｍ以下である、
   請求項１〜５のいずれか一つに記載の光導波路構造。
7. 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１〜６のいずれか一つに記載の光導波路構造。
8. 基板上に犠牲層を形成する工程と、
   前記犠牲層を含む基板上の表面に、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の各々の側に前記分布反射部に沿って伸びる第１溝と第２溝のそれぞれを形成し、これら第１溝と第２溝により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、
   前記分布反射部を含む前記メサ部および前記第１溝と第２溝の真下の前記犠牲層の少なくとも一部を除去することにより、前記メサ部および前記第１溝と第２溝の真下に平面的に広がる空隙を形成する工程と、
   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、
   前記第１溝及び前記第２溝を形成する際、その近傍の前記クラッド部に、平面視において前記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いる凸部を形成し、前記第１溝と第２溝のそれぞれに、所定の溝幅を有し溝深さが少なくとも前記犠牲層まで到達する深さの第１部分と、前記第１部分よりも溝幅が小さく溝深さが前記犠牲層まで到達しない深さでありかつ前記凸部によって定義される第２部分を形成し、
   前記第１溝と第２溝の真下の前記犠牲層の少なくとも一部を除去する際に、前記犠牲層の上にある層及び下にある層を構成する材料各々よりも、前記犠牲層を構成する材料に対してエッチングレートが高いエッチング剤を、前記第１部分の各々を通じて前記犠牲層に供給し、前記犠牲層のうち前記メサ部の下の領域を除去し、
   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溝幅部に掛け渡し、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。
9. 前記犠牲層は前記基板上の略全面に形成され、
   前記空隙を形成する際に、前記犠牲層の一部のみを除去し、前記犠牲層の上にある層の一部と下にある層の一部とが残された前記犠牲層で連結される、
   請求項８に記載の光導波路構造の製造方法。
10. 前記犠牲層は前記基板上の一部の領域に形成され、
    前記空隙を形成する際に、前記犠牲層の全部を除去する、
    請求項８に記載の光導波路構造の製造方法。
11. 前記空隙を形成する工程では、
    前記第１溝の前記第１部分と前記第２溝の第１部分はそれぞれ前記空隙まで到達していて、前記第１溝と第２溝は前記空隙により連通されており、
    前記第１溝の前記第２部分と前記第２溝の第２部分はそれぞれ前記空隙まで到達しておらず、各々クラッド部の一部によって形成される底面があり、それぞれその底面を形成するクラッド部の一部によって、前記メサ部と前記クラッド部の前記凸部とが連結している、様に、前記犠牲層が除去される、
    請求項８に記載の光導波路構造の製造方法。

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