JP5910214B2 - Semiconductor light modulation device and manufacturing method of semiconductor light modulation device - Google Patents

Semiconductor light modulation device and manufacturing method of semiconductor light modulation device Download PDF

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Description

本発明は、半導体光変調装置及び半導体光変調装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor light modulation device and a method for manufacturing the semiconductor light modulation device .

近年における情報通信の増大に伴い、光通信及び光伝送における超高速化と大容量化の検討がなされており、このような光通信等には、様々な光変調器や光スイッチ等が用いられている。このような光変調器の1つとして、広帯域な波長の入力光に対応したマッハツェンダ(Mach-Zehnder;MZ)型光変調器がある。(例えば、特許文献1)   With the increase in information communication in recent years, studies on ultra-high speed and large capacity in optical communication and optical transmission have been made, and various optical modulators, optical switches, etc. are used for such optical communication. ing. As one of such optical modulators, there is a Mach-Zehnder (MZ) type optical modulator corresponding to input light having a broad wavelength. (For example, Patent Document 1)

図1は、マッハツェンダ型の光変調器において、伝播する光の位相変調がなされる光導波路部分の構造を示すものである。また、図2(a)は、図1における一点鎖線1A−1Bにおいて切断された断面図であり、図2(b)は、図1における一点鎖線1C−1Dにおいて切断された断面図である。   FIG. 1 shows a structure of an optical waveguide portion in which phase modulation of propagating light is performed in a Mach-Zehnder type optical modulator. 2A is a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line 1A-1B in FIG. 1, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line 1C-1D in FIG.

この光変調器は、光が伝播する半導体材料により形成された光導波路910を有している。また、光導波路910は、例えば、光が入射する側に形成されたストレート光導波路910aと、位相変調がなされる光変調導波路920と、光が出射する側に形成されたストレート光導波路910bを有している。これにより、ストレート光導波路910aの端部より入射した光は、ストレート光導波路910a、光変調導波路920、ストレート光導波路910bを順に伝播した後、ストレート光導波路910bの端部より出射する。光変調導波路920の側面においては、一方の側には接続構造部921が設けられており、他方の側には接続構造部922が設けられている。また、接続構造部921には、n型領域921aが設けられており、n型領域921aにおいて、接続構造部921は共通電極930と接続されている。同様に、接続構造部922には、p型領域922aが設けられており、p型領域922aにおいて、接続構造部922は信号電極931と接続されている。尚、光変調導波路920が形成されている部分では、光変調導波路920と接続構造部921及び922等により形成される形状が格子状であることから、側面格子構造と称され、入射した光は光変調導波路920に局在して伝播する。   This optical modulator has an optical waveguide 910 formed of a semiconductor material through which light propagates. The optical waveguide 910 includes, for example, a straight optical waveguide 910a formed on the light incident side, an optical modulation waveguide 920 that is phase-modulated, and a straight optical waveguide 910b formed on the light emission side. Have. Thus, light incident from the end of the straight optical waveguide 910a propagates in order through the straight optical waveguide 910a, the light modulation waveguide 920, and the straight optical waveguide 910b, and then exits from the end of the straight optical waveguide 910b. On the side surface of the light modulation waveguide 920, a connection structure portion 921 is provided on one side, and a connection structure portion 922 is provided on the other side. The connection structure portion 921 is provided with an n-type region 921a, and the connection structure portion 921 is connected to the common electrode 930 in the n-type region 921a. Similarly, a p-type region 922a is provided in the connection structure portion 922, and the connection structure portion 922 is connected to the signal electrode 931 in the p-type region 922a. In the portion where the light modulation waveguide 920 is formed, the shape formed by the light modulation waveguide 920 and the connection structure portions 921 and 922 is a lattice shape. Light propagates locally in the light modulation waveguide 920.

このような構造の光変調器では、共通電極930と信号電極931との間に印加する電圧を変化させることにより、n型領域921aとp型領域922aとの間において、電子及びホールのフリー・キャリアの濃度を変化させることができる。これにより、フリー・キャリア・プラズマ効果によって、コア層である光変調導波路920における屈折率が変化するため、光変調導波路920を伝播する光の位相を変調させることができる。(例えば、非特許文献1)
ところで、このような光変調器は、例えば、図2に示されるように、光導波路910は、基板901の上に形成された酸化膜層902の上に形成されている。具体的には、基板901はシリコンにより形成されており、酸化膜層902は酸化シリコン層により形成されており、光導波路910はシリコン層により形成されている。従って、SOI(Silicon on Insulator)基板を用いて形成することが可能であり、この場合、光導波路910は、SOI層により形成され、酸化膜層902はBOX(buried oxide)層により形成される。
In the optical modulator having such a structure, by changing the voltage applied between the common electrode 930 and the signal electrode 931, free electrons and holes can be reduced between the n-type region 921a and the p-type region 922a. The carrier concentration can be changed. As a result, the refractive index in the light modulation waveguide 920 that is the core layer changes due to the free carrier plasma effect, so that the phase of light propagating through the light modulation waveguide 920 can be modulated. (For example, Non-Patent Document 1)
Incidentally, in such an optical modulator, for example, as shown in FIG. 2, the optical waveguide 910 is formed on an oxide film layer 902 formed on a substrate 901. Specifically, the substrate 901 is formed of silicon, the oxide film layer 902 is formed of a silicon oxide layer, and the optical waveguide 910 is formed of a silicon layer. Therefore, it can be formed using an SOI (Silicon on Insulator) substrate. In this case, the optical waveguide 910 is formed of an SOI layer, and the oxide film layer 902 is formed of a BOX (buried oxide) layer.

また、光導波路910を形成しているストレート光導波路910a、光変調導波路920、ストレート光導波路910bの上には、オーバークラッド層とも呼ばれる上部酸化膜層940が形成されている。上部酸化膜層940は、酸化シリコンにより形成されており、酸化膜層902は下部酸化膜層となるものであるため、光導波路910は、上下方向において、下部酸化膜層である酸化膜層902と上部酸化膜層940により挟まれた構造となっている。   Further, an upper oxide film layer 940 also called an over clad layer is formed on the straight optical waveguide 910a, the light modulation waveguide 920, and the straight optical waveguide 910b forming the optical waveguide 910. Since the upper oxide film layer 940 is made of silicon oxide, and the oxide film layer 902 becomes a lower oxide film layer, the optical waveguide 910 has an oxide film layer 902 that is a lower oxide film layer in the vertical direction. And the upper oxide film layer 940.

米国特許第7251408号明細書US Pat. No. 7,251,408

S. Akiyama, “12.5-Gb/s Operation ofEfficient Silicon Mach-Zehnder Modulator Using Side-Wall Grating Waveguide,”(WA4) in proceeding of 8th IEEE International Conference on Group IVPhotonics (GFP 2011).S. Akiyama, “12.5-Gb / s Operation of Efficient Silicon Mach-Zehnder Modulator Using Side-Wall Grating Waveguide,” (WA4) in proceeding of 8th IEEE International Conference on Group IV Photonics (GFP 2011). T.Tanabe et al, “Low power and fast electro-optic siliconmodulator with lateral p-i-n embedded photonic crystalnanocavity,” Optics express, 17, 22505 (2009).T. Tanabe et al, “Low power and fast electro-optic silicon modulator with lateral p-i-n embedded photonic crystalnanocavity,” Optics express, 17, 22505 (2009). Y A. Vlasov et al, “Activecontrol of slow light on a chip with photonic crystal waveguides,” nature, 438,65 (2005).Y A. Vlasov et al, “Activecontrol of slow light on a chip with photonic crystal waveguides,” nature, 438,65 (2005).

ところで、図1及び図2に示す構造の光変調器においては、伝播光は接続構造部921におけるn型領域921a、接続構造部922におけるp型領域922a等まで広がるため、キャリア吸収による光損失が大きい。このため、光導波路910の全体を完全に中空にした構造のものが開示されている(例えば、特許文献2及び3)。しかしながら、このような構造ものは、モードミスマッチが大きく、光導波路910を伝播する光の一部は、光変調導波路920とストレート光導波路910bとの間において反射されるため、光損失が大きくなる。これは、光変調導波路920の側面には、接続構造部921及び922が形成されているが、ストレート光導波路910bの側面には、接続構造部921及び922に相当するものが形成されていないことによるものと考えられる。また、このような構造のものは、機械的強度も低く、信頼性等も低い。   By the way, in the optical modulator having the structure shown in FIG. 1 and FIG. 2, the propagation light spreads to the n-type region 921a in the connection structure portion 921, the p-type region 922a in the connection structure portion 922, and the like. large. For this reason, the thing of the structure which made the whole optical waveguide 910 completely hollow is disclosed (for example, patent documents 2 and 3). However, such a structure has a large mode mismatch, and part of the light propagating through the optical waveguide 910 is reflected between the light modulation waveguide 920 and the straight optical waveguide 910b, so that the optical loss increases. . This is because the connection structure portions 921 and 922 are formed on the side surface of the light modulation waveguide 920, but those corresponding to the connection structure portions 921 and 922 are not formed on the side surface of the straight optical waveguide 910b. This is probably due to this. Further, such a structure has low mechanical strength and low reliability.

よって、信頼性が高く、光損失の低い半導体光変調素子及び半導体光変調素子の製造方法が求められている。   Therefore, there is a need for a semiconductor light modulation device with high reliability and low light loss and a method for manufacturing the semiconductor light modulation device.

本実施の形態の一観点によれば、半導体材料により形成されており、入射した光が伝播する光変調導波路と、前記光変調導波路の側面の両側において、前記光変調導波路の各々の側面と接続されている半導体材料により形成された接続構造部と、前記光変調導波路及び前記接続構造部の上側に形成された上部酸化膜層と、前記上部酸化膜層において、前記接続構造部の上の一部又は全部に形成された開口部と、前記光変調導波路及び前記接続構造部の下側に形成された下部酸化膜層と、前記接続構造部と接している下部酸化膜層の一部を除去することにより形成された空間部と、を有し、前記光変調導波路の上側に形成された前記上部酸化膜層及び前記光変調導波路の下側に形成された前記下部酸化膜層は除去されずに前記光変調導波路を挟んでいることを特徴とする。 According to one aspect of the present embodiment, each of the light modulation waveguides that are formed of a semiconductor material and on both sides of the side surface of the light modulation waveguide that the incident light propagates are provided. A connection structure portion formed of a semiconductor material connected to a side surface; an upper oxide film layer formed above the light modulation waveguide and the connection structure portion; and the connection structure portion in the upper oxide film layer An opening formed in a part or all of the substrate, a lower oxide film layer formed below the light modulation waveguide and the connection structure, and a lower oxide film in contact with the connection structure wherein in which the space portion is more formed to remove a portion, have a, which is formed on the lower side of the upper oxide layer is formed on the upper side of the light modulation waveguide and the light modulation waveguide The lower oxide layer is not removed and the optical modulation waveguide is sandwiched between them. And wherein the Idei Rukoto.

また、本実施の形態の他の一観点によれば、半導体材料により形成されており、入射した光が伝播する光変調導波路と、前記光変調導波路の側面の両側に形成されており、前記光変調導波路の側面と接続されている半導体材料により形成された接続構造部と、前記光変調導波路及び前記接続構造部の上側に形成された上部酸化膜層と、前記上部酸化膜層において、前記接続構造部の上の一部又は全部に形成された開口部と、を有することを特徴とする。   Further, according to another aspect of the present embodiment, it is formed of a semiconductor material, and is formed on both sides of a light modulation waveguide through which incident light propagates, and a side surface of the light modulation waveguide, A connection structure formed of a semiconductor material connected to a side surface of the light modulation waveguide; an upper oxide film layer formed on the light modulation waveguide and the connection structure; and the upper oxide film layer And an opening formed in a part or all of the connection structure portion.

また、本実施の形態の他の一観点によれば、基板上に下部酸化膜層が形成されており、前記下部酸化膜層の上に半導体層が形成されているものにおいて、前記半導体層の一部を除去することにより、光変調導波路及び前記光変調導波路の側面の両側において接続されている接続構造部を形成する工程と、前記光変調導波路の側面の一方の側に形成された一方の接続構造部の全部又は一部に、第1の導電型の領域を形成し、他方の側に形成された他方の接続構造部の全部又は一部に、第2の導電型の領域を形成する工程と、前記光変調導波路及び前記接続構造部の上に、上部酸化膜層を形成する工程と、前記接続構造部の上の前記上部酸化膜層の全部または一部を除去することにより、開口部を形成する工程と、前記開口部に対応する部分の前記下部酸化膜層において、前記接続構造部と接している前記下部酸化膜層の一部を除去することにより空間部を形成する工程と、を有することを特徴とする。   According to another aspect of the present embodiment, a lower oxide film layer is formed on a substrate, and a semiconductor layer is formed on the lower oxide film layer. Forming a connection structure part connected on both sides of the side surface of the light modulation waveguide and the light modulation waveguide by removing a part; and forming on one side of the side surface of the light modulation waveguide A region of the first conductivity type is formed in all or part of the other connection structure portion, and a region of the second conductivity type is formed in all or part of the other connection structure portion formed on the other side. Forming an upper oxide layer on the light modulation waveguide and the connection structure, and removing all or part of the upper oxide layer on the connection structure A step of forming an opening, and a portion corresponding to the opening In the lower oxide layer, and having a step of forming a space by removing a portion of the lower oxide layer in contact with the connecting structure.

開示の半導体光変調素子及び半導体光変調素子の製造方法によれば、信頼性が高く、光損失の低い半導体光変調素子を得ることができる。   According to the disclosed semiconductor light modulation device and semiconductor light modulation device manufacturing method, a semiconductor light modulation device with high reliability and low optical loss can be obtained.

従来の半導体光変調素子の説明図(1)Explanatory drawing of a conventional semiconductor light modulator (1) 従来の半導体光変調素子の説明図(2)Explanatory drawing of a conventional semiconductor light modulator (2) 第1の実施の形態における半導体光変調素子の上面図Top view of the semiconductor light modulation device in the first embodiment 第1の実施の形態における半導体光変調素子の説明図Explanatory drawing of the semiconductor optical modulation element in 1st Embodiment 第1の実施の形態における半導体光変調素子の断面図Sectional drawing of the semiconductor optical modulation element in 1st Embodiment 半導体光変調素子のシミュレーションにおけるモデルの説明図(1)Explanatory drawing of model in simulation of semiconductor light modulator (1) 光導波路における位置とエネルギー密度との関係図(1)Relationship diagram between position and energy density in optical waveguide (1) 半導体光変調素子のシミュレーションにおけるモデルの説明図(2)Explanatory drawing of model in simulation of semiconductor light modulator (2) 光導波路における位置とエネルギー密度との関係図(2)Relationship between position and energy density in optical waveguide (2) 第1の実施の形態における半導体光変調素子の製造方法の工程図(1)Process drawing (1) of the manufacturing method of the semiconductor optical modulation element in the first embodiment 第1の実施の形態における半導体光変調素子の製造方法の工程図(2)Process drawing (2) of the manufacturing method of the semiconductor optical modulation element in the first embodiment 第1の実施の形態における半導体光変調素子の製造方法の工程図(3)Process drawing (3) of the manufacturing method of the semiconductor light modulation device in the first embodiment 第1の実施の形態における半導体光変調素子の製造方法の工程図(4)Process drawing (4) of the manufacturing method of the semiconductor optical modulation element in the first embodiment 第1の実施の形態における半導体光変調素子の製造方法の工程図(5)Process drawing (5) of the manufacturing method of the semiconductor optical modulation element in the first embodiment 第1の実施の形態における半導体光変調素子の製造方法の工程図(6)Process drawing (6) of the manufacturing method of the semiconductor optical modulation element in the first embodiment 第1の実施の形態における半導体光変調素子の製造方法の工程図(7)Process drawing (7) of the manufacturing method of the semiconductor light modulation device in the first embodiment 第1の実施の形態における半導体光変調素子の製造方法の工程図(8)Process drawing (8) of the manufacturing method of the semiconductor optical modulation element in the first embodiment 第1の実施の形態における半導体光変調素子の製造方法の工程図(9)Process drawing (9) of the manufacturing method of the semiconductor light modulation device in the first embodiment 第2の実施の形態における半導体光変調素子の説明図Explanatory drawing of the semiconductor optical modulation element in 2nd Embodiment 第3の実施の形態における半導体光変調素子の説明図Explanatory drawing of the semiconductor optical modulation element in 3rd Embodiment 第3の実施の形態における半導体光変調素子の断面図Sectional drawing of the semiconductor optical modulation element in 3rd Embodiment 第3の実施の形態における半導体光変調素子の製造方法の工程図(1)Process drawing (1) of the manufacturing method of the semiconductor optical modulation element in 3rd Embodiment 第3の実施の形態における半導体光変調素子の製造方法の工程図(2)Process drawing (2) of the manufacturing method of the semiconductor optical modulation element in the third embodiment 第3の実施の形態における半導体光変調素子の製造方法の工程図(3)Process drawing (3) of the manufacturing method of the semiconductor light modulation device in the third embodiment 第3の実施の形態における半導体光変調素子の製造方法の工程図(4)Process drawing (4) of the manufacturing method of the semiconductor optical modulation element in 3rd Embodiment 第3の実施の形態における半導体光変調素子の製造方法の工程図(5)Process drawing of the manufacturing method of the semiconductor light modulation element in the third embodiment (5) 第3の実施の形態における半導体光変調素子の製造方法の工程図(6)Process drawing (6) of the manufacturing method of the semiconductor optical modulation element in 3rd Embodiment 第3の実施の形態における半導体光変調素子の製造方法の工程図(7)Process drawing (7) of the manufacturing method of the semiconductor optical modulation element in 3rd Embodiment 第3の実施の形態における半導体光変調素子の製造方法の工程図(8)Process drawing (8) of the manufacturing method of the semiconductor light modulation device in the third embodiment. 第3の実施の形態における半導体光変調素子の製造方法の工程図(9)Process drawing (9) of the manufacturing method of the semiconductor light modulation device in the third embodiment. 第3の実施の形態における半導体光変調素子の製造方法の工程図(10)Process drawing (10) of the manufacturing method of the semiconductor light modulation device in the third embodiment. 第4の実施の形態における半導体光変調素子の説明図Explanatory drawing of the semiconductor optical modulation element in 4th Embodiment 第4の実施の形態における半導体光変調素子の断面図Sectional drawing of the semiconductor optical modulation element in 4th Embodiment 半導体光変調素子のシミュレーションにおけるモデルの説明図(3)Explanatory drawing of model in simulation of semiconductor light modulation element (3) シミュレーションにより得られた光導波路におけるモード分布図Mode distribution diagram in an optical waveguide obtained by simulation 第4の実施の形態における半導体光変調素子の製造方法の工程図(1)Process drawing (1) of the manufacturing method of the semiconductor optical modulation element in 4th Embodiment 第4の実施の形態における半導体光変調素子の製造方法の工程図(2)Process drawing (2) of the manufacturing method of the semiconductor optical modulation element in 4th Embodiment 第4の実施の形態における半導体光変調素子の製造方法の工程図(3)Process drawing (3) of the manufacturing method of the semiconductor optical modulation element in 4th Embodiment

実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。   The form for implementing is demonstrated below. In addition, about the same member etc., the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

〔第1の実施の形態〕
(半導体光変調素子)
第1の実施の形態における半導体光変調素子について、図3から図5に基づき説明する。図3は、本実施の形態における半導体光変調素子であるマッハツェンダ型の光変調器の上面図であり、図4は、図3における一点鎖線3Aにより囲まれた領域の拡大図である。また、図5(a)は、図4における一点鎖線4A−4Bにおいて切断された断面図であり、図5(a)は、図4における一点鎖線4C−4Dにおいて切断された断面図であり、図5(c)は、図4における一点鎖線4E−4Fにおいて切断された断面図である。
[First Embodiment]
(Semiconductor light modulator)
The semiconductor light modulation device in the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a top view of a Mach-Zehnder type optical modulator that is a semiconductor optical modulation element according to the present embodiment, and FIG. 4 is an enlarged view of a region surrounded by an alternate long and short dash line 3A in FIG. 5A is a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line 4A-4B in FIG. 4, and FIG. 5A is a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line 4C-4D in FIG. FIG.5 (c) is sectional drawing cut | disconnected by the dashed-dotted line 4E-4F in FIG.

図3に示されるマッハツェンダ型の光変調器では、連続光を入射側の光導波路10aに入射させることにより、出射側の光導波路10bより変調光が出射する構造のものである。この半導体光変調素子は、第1の光導波路11と第2の光導波路12とを有しており、第1の光導波路11及び第2の光導波路12における双方の光が入射する側は入射側の光導波路10aと接続されており、光が出射する側は出射側の光導波路10bと接続されている。従って、入射側の光導波路10aに入射した連続光は、第1の光導波路11を伝播する光と第2の光導波路12を伝播する光に分岐され、所望の変調等がなされた後、出射側の光導波路10bにおいて合流し、変調光として出射される。   The Mach-Zehnder type optical modulator shown in FIG. 3 has a structure in which modulated light is emitted from an output-side optical waveguide 10b by allowing continuous light to enter the incident-side optical waveguide 10a. This semiconductor optical modulation element has a first optical waveguide 11 and a second optical waveguide 12, and the light incident side of both the first optical waveguide 11 and the second optical waveguide 12 is incident. The side from which light is emitted is connected to the optical waveguide 10b on the emission side. Therefore, the continuous light incident on the incident-side optical waveguide 10a is branched into light propagating through the first optical waveguide 11 and light propagating through the second optical waveguide 12, and is emitted after desired modulation or the like. Merges in the optical waveguide 10b on the side and is emitted as modulated light.

本実施の形態における半導体光変調素子は、共通電極30、第1の信号電極31、第2の信号電極32を有しており、共通電極30は、第1の光導波路11と第2の光導波路12との間に形成されている。また、第1の光導波路11は、共通電極30と第1の信号電極31との間に挟まれており、第2の光導波路12は、共通電極30と第2の信号電極32との間に挟まれている。   The semiconductor optical modulation element in the present embodiment includes a common electrode 30, a first signal electrode 31, and a second signal electrode 32. The common electrode 30 includes the first optical waveguide 11 and the second optical signal. It is formed between the waveguide 12. The first optical waveguide 11 is sandwiched between the common electrode 30 and the first signal electrode 31, and the second optical waveguide 12 is interposed between the common electrode 30 and the second signal electrode 32. It is sandwiched between.

本実施の形態では、コア層となる第1の光導波路11には、光変調導波路20等が設けられており、光変調導波路20等に光が入射する側にはストレート光導波路11aが、出射する側にはストレート光導波路11bが設けられている。また、光変調導波路20の両側の側面には、半導体層の一部を除去することにより、光変調導波路20の両側の側面から各々延びる棒形状の接続構造部21及び22が複数形成されている。このように、光変調導波路20の側面の一方の側には一方の接続構造部21が所定の間隔で形成されており、側面の他方の側には他方の接続構造部22が所定の間隔で形成されている。尚、第2の光導波路12についても同様である。また、本実施の形態における半導体装置は、第1の光導波路11及び第2の光導波路12は半導体層に形成されているものであるが、この半導体層は、Si基板等の基板60の上に形成された酸化膜層61の上に形成されている。よって、本実施の形態における半導体光変調素子は、SOI基板を用いて作製することができる。   In the present embodiment, the first optical waveguide 11 serving as the core layer is provided with the light modulation waveguide 20 or the like, and the straight optical waveguide 11a is provided on the light incident side of the light modulation waveguide 20 or the like. A straight optical waveguide 11b is provided on the emission side. Further, a plurality of rod-shaped connection structures 21 and 22 extending from the side surfaces on both sides of the light modulation waveguide 20 are formed on the side surfaces on both sides of the light modulation waveguide 20 by removing a part of the semiconductor layer. ing. Thus, one connection structure portion 21 is formed at a predetermined interval on one side of the side surface of the light modulation waveguide 20, and the other connection structure portion 22 is formed at a predetermined interval on the other side of the side surface. It is formed with. The same applies to the second optical waveguide 12. In the semiconductor device according to the present embodiment, the first optical waveguide 11 and the second optical waveguide 12 are formed in a semiconductor layer. The semiconductor layer is formed on a substrate 60 such as a Si substrate. The oxide film layer 61 is formed on the oxide film layer 61. Therefore, the semiconductor light modulation element in this embodiment can be manufactured using an SOI substrate.

本実施の形態では、コア層となる第1の光導波路11等の幅W1は、約440nmとなるように形成されている。また、第1の光導波路11における光変調導波路20と共通電極30との間及び光変調導波路20と第1の信号電極31との間の間隔D1は、約2μmとなるように形成されており、この間隔D1の値は、接続構造部21及び22における長さの値と等しい。また、接続構造部21及び22は、光変調導波路20等における光の伝播方向と略垂直方向に延びるように形成されており、形成される接続構造部21及び22の幅K1は約60〜80nmであり、ピッチP1は約285nmである。尚、接続構造部21及び22等の幅K1は、光変調導波路20等を伝播する光が光変調導波路20等より漏れ出すことがないように、所定の幅、具体的には、光変調導波路20等の幅W1よりも狭い幅となるように形成されている。また、本実施の形態では、第1の光導波路11等と接続構造部21及び22等は、略同じ厚さで形成されており、この高さH1は約220nmである。   In the present embodiment, the width W1 of the first optical waveguide 11 or the like serving as the core layer is formed to be about 440 nm. In addition, the distance D1 between the light modulation waveguide 20 and the common electrode 30 and between the light modulation waveguide 20 and the first signal electrode 31 in the first optical waveguide 11 is formed to be about 2 μm. The distance D1 is equal to the length of the connection structures 21 and 22. The connection structures 21 and 22 are formed so as to extend in a direction substantially perpendicular to the light propagation direction in the light modulation waveguide 20 and the like, and the formed connection structures 21 and 22 have a width K1 of about 60 to 60. 80 nm and the pitch P1 is about 285 nm. The width K1 of the connection structures 21 and 22 and the like is a predetermined width, specifically, light so that light propagating through the light modulation waveguide 20 or the like does not leak from the light modulation waveguide 20 or the like. The modulation waveguide 20 or the like is formed to be narrower than the width W1. In the present embodiment, the first optical waveguide 11 and the like and the connection structures 21 and 22 are formed with substantially the same thickness, and the height H1 is about 220 nm.

本実施の形態における半導体光変調素子では、一方の接続構造部21には、n型領域21aが設けられており、n型領域21aにおいて、接続構造部21と共通電極30とが接続されている。また、他方の接続構造部22には、p型領域22aが設けられており、p型領域22aにおいて、接続構造部22と第1の信号電極31とが接続されている。   In the semiconductor optical modulation element according to the present embodiment, one connection structure portion 21 is provided with an n-type region 21a, and the connection structure portion 21 and the common electrode 30 are connected in the n-type region 21a. . The other connection structure portion 22 is provided with a p-type region 22a, and the connection structure portion 22 and the first signal electrode 31 are connected in the p-type region 22a.

本実施の形態においては、n型領域21aには、不純物濃度が約1×1020cm−3となるように、不純物元素としてP(リン)がイオン注入されている。また、p型領域22aには、不純物濃度が約1×1020cm−3となるように、不純物元素としてB(ボロン)がイオン注入されている。尚、本実施の形態においては、n型領域21aを形成するための不純物元素としては、P以外にもAs等を用いることができ、p型領域22aを形成するための不純物元素としては、B以外にもAl等を用いることができる。また、本実施の形態では、n型を第1の導電型と、p型を第2の導電型として説明するが、これらの関係は逆であってもよい。 In the present embodiment, P (phosphorus) is ion-implanted as an impurity element in n-type region 21a so that the impurity concentration is about 1 × 10 20 cm −3 . Further, B (boron) is ion-implanted as an impurity element in the p-type region 22a so that the impurity concentration is about 1 × 10 20 cm −3 . In the present embodiment, As or the like can be used in addition to P as the impurity element for forming the n-type region 21a, and B as the impurity element for forming the p-type region 22a. In addition, Al or the like can be used. In the present embodiment, the n-type is described as the first conductivity type and the p-type is described as the second conductivity type, but these relationships may be reversed.

また、本実施の形態における半導体光変調素子には、第1の光導波路11等の上には、上部酸化膜層40が形成されている。上部酸化膜層40は、酸化シリコンにより形成されており、コア層である第1の光導波路11等は、基板60の上に形成された下部酸化膜層となる酸化膜層61と上部酸化膜層40により上下が挟まれた構造となっている。   In the semiconductor light modulation device in the present embodiment, an upper oxide film layer 40 is formed on the first optical waveguide 11 and the like. The upper oxide film layer 40 is made of silicon oxide, and the first optical waveguide 11 or the like, which is the core layer, includes an oxide film layer 61 and an upper oxide film which are lower oxide film layers formed on the substrate 60. The upper and lower sides are sandwiched between layers 40.

この構造の半導体光変調素子では、電圧信号源70により、共通電極30と第1の信号電極31との間に印加する電圧を変化させることにより、n型領域21aとp型領域22aとの間において電子及びホールのフリー・キャリアの濃度を変化させることができる。これにより、フリー・キャリア・プラズマ効果によって、コア層である光変調導波路20等における屈折率が変化し、光変調導波路20等において伝播する光の位相を変調させることができる。   In the semiconductor light modulation device having this structure, the voltage signal source 70 changes the voltage applied between the common electrode 30 and the first signal electrode 31 to thereby change between the n-type region 21a and the p-type region 22a. It is possible to change the concentration of free carriers of electrons and holes. Thereby, the refractive index in the optical modulation waveguide 20 or the like, which is the core layer, is changed by the free carrier plasma effect, and the phase of light propagating in the optical modulation waveguide 20 or the like can be modulated.

また、本実施の形態における半導体光変調素子は、光変調導波路20の両側の領域において、接続構造部21及び22の下側部分における酸化膜層61の一部を除去することにより、空間部62が形成されている。同様に、同じ領域における接続構造部21及び22の上側に開口部41を有する上部酸化膜層40が形成されている。このように、空間部62や開口部41を形成することにより、光変調導波路20を伝播する光が、接続構造部21及び22に漏れ出すことをより一層防ぐことができ、光変調導波路20の内部における光の局在性を高めることができる。このように、光変調導波路20における光の局在性を高めることにより、光変調導波路20とストレート光導波路11bとの間における反射を低減させることができ、伝播する光の損失を抑制することができる。尚、空間部62及び開口部41は、光変調導波路20に近ければ近い程、伝播光が接続構造部21及び22に漏れ出すことを抑制することができ、光変調導波路20を伝播する光の損失を低減することができる。また、図5においては、空間部62は、酸化膜層61の表面部分を一部除去することにより形成した構造のものを示すが、空間部62は、基板60の表面が露出するまで酸化膜層61を除去した構造のものであってもよい。   In addition, in the semiconductor light modulation element in the present embodiment, in the regions on both sides of the light modulation waveguide 20, a part of the oxide film layer 61 in the lower portion of the connection structure portions 21 and 22 is removed, whereby the space portion 62 is formed. Similarly, an upper oxide film layer 40 having an opening 41 is formed above the connection structures 21 and 22 in the same region. Thus, by forming the space 62 and the opening 41, it is possible to further prevent light propagating through the light modulation waveguide 20 from leaking to the connection structures 21 and 22, and the light modulation waveguide. The localization of the light inside 20 can be enhanced. In this way, by increasing the localization of light in the light modulation waveguide 20, reflection between the light modulation waveguide 20 and the straight optical waveguide 11b can be reduced, and the loss of propagating light is suppressed. be able to. The closer the space 62 and the opening 41 are to the light modulation waveguide 20, the more the propagation light can be suppressed from leaking to the connection structures 21 and 22, and the light 62 propagates through the light modulation waveguide 20. Light loss can be reduced. Further, in FIG. 5, the space portion 62 has a structure formed by removing a part of the surface portion of the oxide film layer 61, but the space portion 62 is an oxide film until the surface of the substrate 60 is exposed. It may have a structure in which the layer 61 is removed.

本実施の形態においては、光変調導波路20は接続構造部21及び22と接続されており、接続構造部21及び22は酸化膜層61及び上部酸化膜層40と接しているため、完全に中空となっているものと比べて、機械的強度も比較的高く、信頼性も高い。   In the present embodiment, the light modulation waveguide 20 is connected to the connection structures 21 and 22, and the connection structures 21 and 22 are in contact with the oxide film layer 61 and the upper oxide film layer 40. Compared to the hollow one, the mechanical strength is relatively high and the reliability is high.

(光導波路におけるシミュレーション結果)
次に、従来の半導体光変調素子と本実施の形態における半導体光変調素子とにおいて、エネルギー密度分布におけるシミュレーションを行なった結果について説明する。具体的には、本実施の形態における半導体光変調素子のモデルとして、図6に示す構造のものを想定し、従来の半導体光変調素子の構造のモデルとして、図2に示す構造のものを想定した。尚、シミュレーションは、3次元電磁界計算により行なったものであり、後述するように光変調導波路20の高さH1は220nmであり、光変調導波路920の高さも同じ高さである。
(Simulation result in optical waveguide)
Next, a description will be given of the result of a simulation of the energy density distribution in the conventional semiconductor light modulation device and the semiconductor light modulation device in the present embodiment. Specifically, the structure of the semiconductor light modulation element in the present embodiment is assumed to have the structure shown in FIG. 6, and the structure of the conventional semiconductor light modulation element is assumed to have the structure shown in FIG. did. The simulation was performed by three-dimensional electromagnetic field calculation. As described later, the height H1 of the light modulation waveguide 20 is 220 nm, and the height of the light modulation waveguide 920 is also the same height.

図6に示す構造のものは、本実施の形態における半導体光変調素子であり、光変調導波路20の側面に接続構造部21及び22が形成されている。また、光変調導波路20、接続構造部21及び22の下及び上には、酸化膜層61、上部酸化膜層40が形成されているが、接続構造部21及び22が形成されている領域においては、酸化膜層61、上部酸化膜層40の一部が除去されている。具体的には、光変調導波路20の幅W1が440nmであり、接続構造部21及び22は、幅K1が60nm、長さL1が1μmであり、形成される接続構造部21及び22のピッチP1は285nmである。また、形成される上部酸化膜層40及び酸化膜層61の幅S1は600nmであり、光変調導波路20、接続構造部21及び22はシリコンにより形成されており、酸化膜層61、上部酸化膜層40は酸化シリコンにより形成されている。尚、図6(a)は、この構造のものの上面図であり、図6(b)は、図6(a)における一点鎖線6A−6Bにおいて切断した断面図である。   The structure shown in FIG. 6 is the semiconductor light modulation element in the present embodiment, and connection structure portions 21 and 22 are formed on the side surface of the light modulation waveguide 20. In addition, an oxide film layer 61 and an upper oxide film layer 40 are formed below and above the light modulation waveguide 20 and the connection structures 21 and 22, but regions where the connection structures 21 and 22 are formed. In FIG. 3, the oxide film layer 61 and a part of the upper oxide film layer 40 are removed. Specifically, the width W1 of the light modulation waveguide 20 is 440 nm, the connection structures 21 and 22 have a width K1 of 60 nm and a length L1 of 1 μm, and the pitch of the connection structures 21 and 22 to be formed. P1 is 285 nm. Further, the width S1 of the upper oxide film layer 40 and the oxide film layer 61 to be formed is 600 nm, and the light modulation waveguide 20 and the connection structures 21 and 22 are made of silicon. The film layer 40 is made of silicon oxide. 6A is a top view of the structure, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line 6A-6B in FIG. 6A.

また、図2は、従来の半導体光変調素子を示すものであり、前述したように、光変調導波路920の側面に接続構造部921及び922が形成されている。また、光変調導波路920、接続構造部921及び922の下及び上には、酸化膜層902、上部酸化膜層940が形成されており、接続構造部921及び922が形成されている領域では、酸化膜層61、上部酸化膜層40は除去されることなく形成されている。具体的には、光変調導波路920の幅は、440nmであり、接続構造部921及び922は、幅が60nm、長さが1μmであり、形成される接続構造部921及び922のピッチは285nmである。また、光変調導波路920、接続構造部921及び922はシリコンにより形成されており、酸化膜層902、上部酸化膜層940は酸化シリコンにより形成されている。   FIG. 2 shows a conventional semiconductor light modulation device. As described above, the connection structures 921 and 922 are formed on the side surface of the light modulation waveguide 920. Also, an oxide film layer 902 and an upper oxide film layer 940 are formed below and above the light modulation waveguide 920 and the connection structure portions 921 and 922, and in the region where the connection structure portions 921 and 922 are formed. The oxide film layer 61 and the upper oxide film layer 40 are formed without being removed. Specifically, the width of the light modulation waveguide 920 is 440 nm, the connection structures 921 and 922 have a width of 60 nm and a length of 1 μm, and the pitch of the connection structures 921 and 922 to be formed is 285 nm. It is. Further, the light modulation waveguide 920 and the connection structures 921 and 922 are formed of silicon, and the oxide film layer 902 and the upper oxide film layer 940 are formed of silicon oxide.

図7は、光導波路960及び光変調導波路20の中心からの位置とエネルギー密度との関係について計算により得られた結果を示す。尚、図7において、図6に示される本実施の形態における半導体光変調素子において、図6(a)の一点鎖線6A−6Bの部分におけるエネルギー密度の分布を7Aに示す。また、図2に示される従来の半導体光変調素子において、同様の部分に相当する部分におけるエネルギー密度の分布を7Bに示す。7Aに示される本実施の形態における半導体光変調素子のエネルギー密度の分布は、7Bに示される従来の構造の半導体光変調素子のエネルギー密度の分布に比べて、光変調導波路20等の光導波路の中心部分(位置が0μm)におけるエネルギー密度が高い。また、光変調導波路20等の光導波路の外側(位置の絶対値が0.3μm前後)となる領域に漏れ出す光が少ない。従って、7Aに示される本実施の形態における半導体光変調素子の方が、光変調導波路20等の光導波路の外に漏れ出す光を抑制することができるため、伝播する光は光変調導波路20等の光導波路の内部に局在化させることができる。   FIG. 7 shows the results obtained by calculation regarding the relationship between the position from the center of the optical waveguide 960 and the light modulation waveguide 20 and the energy density. In FIG. 7, in the semiconductor optical modulation device in the present embodiment shown in FIG. 6, the distribution of energy density in the portion of the dashed line 6A-6B in FIG. In addition, in the conventional semiconductor light modulation device shown in FIG. 2, the distribution of energy density in a portion corresponding to the same portion is shown in 7B. The distribution of energy density of the semiconductor light modulation device in the present embodiment shown in FIG. 7A is compared with the distribution of energy density of the semiconductor light modulation device having the conventional structure shown in FIG. 7B. The energy density in the central part (position is 0 μm) is high. Further, less light leaks to a region outside the optical waveguide such as the light modulation waveguide 20 (the absolute value of the position is about 0.3 μm). Therefore, since the semiconductor light modulation element in the present embodiment shown in 7A can suppress light leaking out of the optical waveguide such as the light modulation waveguide 20, the propagating light is the light modulation waveguide. It can be localized inside the optical waveguide such as 20.

次に、別のエネルギー密度分布におけるシミュレーションを行なった結果について説明する。具体的には、本実施の形態における半導体光変調素子のモデルとして、図8(a)に示す構造のものを想定し、従来の半導体光変調素子の構造のモデルとして、図8(c)に示す構造のものを想定した。また、図8(b)は、酸化膜層が形成されていない構造のモデルであり、図8(d)は、ストレート光導波路11bにおけるモデルである。尚、シミュレーションは、3次元電磁界計算により行なったものであり、後述する光変調導波路20及び920、ストレート光導波路11bの高さは、220nmである。   Next, the result of simulation in another energy density distribution will be described. Specifically, the model of the semiconductor optical modulation element in the present embodiment is assumed to have the structure shown in FIG. 8A, and the model of the structure of the conventional semiconductor optical modulation element is shown in FIG. The structure shown is assumed. FIG. 8B is a model of a structure in which no oxide film layer is formed, and FIG. 8D is a model in the straight optical waveguide 11b. The simulation was performed by three-dimensional electromagnetic field calculation, and the heights of the light modulation waveguides 20 and 920 and the straight optical waveguide 11b described later are 220 nm.

図8(a)に示す構造のものは、光変調導波路20の側面に接続構造部21及び22が形成されており、光変調導波路20と、接続構造部21及び22が形成されている領域の一部に、上部酸化膜層40及び酸化膜層61が形成されているものである。具体的には、光変調導波路20の幅W1が440nmであり、接続構造部21及び22は、幅K1が60nm、長さL1が1μmであり、接続構造部21及び22のピッチP1は285nmのものである。また、上部酸化膜層40及び酸化膜層61の幅S1は600nmであり、光変調導波路20、接続構造部21及び22はシリコンにより形成されており、上部酸化膜層40及び酸化膜層61は酸化シリコンにより形成されている。   In the structure shown in FIG. 8A, connection structure portions 21 and 22 are formed on the side surface of the light modulation waveguide 20, and the light modulation waveguide 20 and the connection structure portions 21 and 22 are formed. An upper oxide film layer 40 and an oxide film layer 61 are formed in part of the region. Specifically, the width W1 of the light modulation waveguide 20 is 440 nm, the connection structures 21 and 22 have a width K1 of 60 nm, a length L1 of 1 μm, and the pitch P1 of the connection structures 21 and 22 is 285 nm. belongs to. Further, the width S1 of the upper oxide film layer 40 and the oxide film layer 61 is 600 nm, the optical modulation waveguide 20 and the connection structures 21 and 22 are formed of silicon, and the upper oxide film layer 40 and the oxide film layer 61 are formed. Is formed of silicon oxide.

また、図8(b)に示す構造のものは、光変調導波路20の側面に接続構造部21及び22が形成されているものであって、上部及び下部には酸化膜層が形成されていないものである。具体的には、光変調導波路20の幅W2が440nmであり、接続構造部21及び22は、幅K2が60nm、長さL2が1μmであり、接続構造部21及び22のピッチP2は285nmのものである。また、光変調導波路20、接続構造部21及び22はシリコンにより形成されている。   In the structure shown in FIG. 8B, connection structure portions 21 and 22 are formed on the side surface of the light modulation waveguide 20, and an oxide film layer is formed on the upper and lower portions. There is nothing. Specifically, the width W2 of the light modulation waveguide 20 is 440 nm, the connection structures 21 and 22 have a width K2 of 60 nm, a length L2 of 1 μm, and the pitch P2 of the connection structures 21 and 22 is 285 nm. belongs to. Further, the light modulation waveguide 20 and the connection structures 21 and 22 are made of silicon.

また、図8(c)に示す構造のものは、光変調導波路920の側面に接続構造部921及び922が形成されており、光変調導波路920と、接続構造部921及び922が形成されている領域には上部酸化膜層940及び酸化膜層902が形成されているものである。具体的には、光変調導波路920の幅W3が440nmであり、接続構造部921及び922は、幅K3が60nm、長さL3が1μmであり、接続構造部921及び922のピッチP3は285nmのものである。また、光変調導波路920、接続構造部921及び922はシリコンにより形成されており、上部酸化膜層940及び酸化膜層902は酸化シリコンにより形成されている。   In the structure shown in FIG. 8C, the connection structure portions 921 and 922 are formed on the side surface of the light modulation waveguide 920, and the light modulation waveguide 920 and the connection structure portions 921 and 922 are formed. The upper oxide film layer 940 and the oxide film layer 902 are formed in the region. Specifically, the width W3 of the light modulation waveguide 920 is 440 nm, the connection structures 921 and 922 have a width K3 of 60 nm, a length L3 of 1 μm, and the pitch P3 of the connection structures 921 and 922 is 285 nm. belongs to. The light modulation waveguide 920 and the connection structures 921 and 922 are formed of silicon, and the upper oxide film layer 940 and the oxide film layer 902 are formed of silicon oxide.

また、図8(d)に示す構造のものは、酸化膜層61の上に、ストレート光導波路11bが形成されており、更に、ストレート光導波路11bの上に、上部酸化膜層40が形成されている構造のものである。具体的には、ストレート光導波路11bの幅W4は440nmであり、ストレート光導波路11bはシリコンにより形成されており、酸化膜層61、上部酸化膜40は酸化シリコンにより形成されている。   In the structure shown in FIG. 8D, the straight optical waveguide 11b is formed on the oxide film layer 61, and the upper oxide film layer 40 is further formed on the straight optical waveguide 11b. Of the structure. Specifically, the width W4 of the straight optical waveguide 11b is 440 nm, the straight optical waveguide 11b is made of silicon, and the oxide film layer 61 and the upper oxide film 40 are made of silicon oxide.

図9は、光変調導波路20及び920、ストレート光導波路11bの中心からの位置とエネルギー密度との関係について計算により得られた結果を示す。尚、図9において、9Aは図8(a)に示す構造のものの一点鎖線8A−8Bにおける部分のエネルギー密度を示し、9Bは図8(b)に示す構造のものの一点鎖線8C−8Dにおける部分のエネルギー密度を示す。また、9Cは図8(c)に示す構造のものの一点鎖線8E−8Fにおける部分のエネルギー密度を示し、9Dは図8(d)に示す構造のものの一点鎖線8G−8Hにおける部分のエネルギー密度を示す。尚、図9では、光変調導波路20及び920、ストレート光導波路11bについて、導波路コアと記載している。   FIG. 9 shows a result obtained by calculation regarding the relationship between the position from the center of the light modulation waveguides 20 and 920 and the straight optical waveguide 11b and the energy density. In FIG. 9, 9A indicates the energy density of the portion of the structure shown in FIG. 8 (a) along the alternate long and short dash line 8A-8B, and 9B indicates the portion of the structure shown in FIG. 8 (b) along the alternate long and short dashed line 8C-8D. The energy density of 9C indicates the energy density of the portion of the structure shown in FIG. 8 (c) along the alternate long and short dash line 8E-8F, and 9D indicates the energy density of the portion of the structure shown in FIG. 8 (d) along the dashed dotted line 8G-8H. Show. In FIG. 9, the light modulation waveguides 20 and 920 and the straight optical waveguide 11b are described as waveguide cores.

図9においては、9Bに示されるものは、光変調導波路20の外に漏れ出す光を最も抑制することができるが、9Dに示されるものとのモードマッチング性が最も低い。また、9Cに示されるものは、光変調導波路920の外に光が最も漏れ出しており、更には、9Dに示されるものとのモードマッチング性も低い。また、本実施の形態における9Aに示されるものは、9Dに示されるものとのモードマッチング性が最も高く、更には、9Cに示されるものより、光変調導波路20等の光導波路の外に漏れ出す光が低い。   In FIG. 9, the light shown in 9B can most suppress the light leaking out of the light modulation waveguide 20, but has the lowest mode matching with that shown in 9D. In the case shown in 9C, light leaks most out of the light modulation waveguide 920, and the mode matching property with that shown in 9D is low. In addition, the mode shown in 9A in the present embodiment has the highest mode matching with that shown in 9D, and moreover than the one shown in 9C, it is outside the optical waveguide such as the light modulation waveguide 20 or the like. The light that leaks out is low.

以上のように、9Aに示されるエネルギー分布が得られる本実施の形態における光変調導波路20は、9Dに示されるエネルギー分布が得られるストレート光導波路11bとのモードマッチング性が高い。従って、伝播光の光損失を最も抑制することができるものと考えられる。   As described above, the light modulation waveguide 20 in the present embodiment in which the energy distribution shown in 9A is obtained has high mode matching with the straight optical waveguide 11b in which the energy distribution shown in 9D is obtained. Therefore, it is considered that the optical loss of propagating light can be most suppressed.

(半導体光変調素子の製造方法)
次に、本実施の形態における半導体光変調素子の製造方法について、図10〜図18に基づき説明する。尚、図10〜図18においては、便宜上、ストレート光導波路11a及び11bは省略されている。
(Manufacturing method of semiconductor light modulator)
Next, a method for manufacturing a semiconductor light modulation device in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 10 to 18, the straight optical waveguides 11a and 11b are omitted for convenience.

最初に、図10に示すように、SOI(silicon on insulator)基板を準備する。SOI基板は、Si等の基板60上に、BOX(buried oxide)層と呼ばれる酸化膜層61及び、この酸化膜層61の上に、SOI層と呼ばれる半導体層50が形成されているものである。本実施の形態においては、SOI基板には、酸化膜層61として厚さが1〜3μmの酸化シリコンが形成されており、半導体層50として厚さが約220nmの結晶シリコンが形成されている。尚、図10は、この工程における断面図であり、図10(a)は、図4における一点鎖線4A−4Bに相当する部分の断面図であり、図10(b)は、図4における一点鎖線4C−4Dに相当する部分の断面図である。   First, as shown in FIG. 10, an SOI (silicon on insulator) substrate is prepared. In the SOI substrate, an oxide film layer 61 called a BOX (buried oxide) layer and a semiconductor layer 50 called an SOI layer are formed on the oxide film layer 61 on a substrate 60 such as Si. . In the present embodiment, silicon oxide having a thickness of 1 to 3 μm is formed as the oxide film layer 61 and crystalline silicon having a thickness of about 220 nm is formed as the semiconductor layer 50 in the SOI substrate. 10 is a cross-sectional view in this step, FIG. 10 (a) is a cross-sectional view of a portion corresponding to the one-dot chain line 4A-4B in FIG. 4, and FIG. 10 (b) is a single point in FIG. It is sectional drawing of the part corresponded to chain line 4C-4D.

次に、図11に示すように、半導体層50を用いて、光変調導波路20、接続構造部21及び22、ストレート光導波路11a及び11bを形成する。具体的には、半導体層50の表面にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、光変調導波路20、接続構造部21及び22、ストレート光導波路11a及び11bが形成される領域上に不図示のレジストパターンを形成する。この後、RIE(Reactive
Ion Etching)等により、レジストパターンが形成されていない領域の半導体層50を除去することにより、光変調導波路20、接続構造部21及び22、ストレート光導波路11a及び11bを形成することができる。この後、不図示のレジストパターンを有機溶剤等により除去する。尚、図11は、この工程における断面図であり、図11(a)は、図4における一点鎖線4A−4Bに相当する部分の断面図であり、図11(b)は、図4における一点鎖線4C−4Dに相当する部分の断面図である。
Next, as shown in FIG. 11, using the semiconductor layer 50, the optical modulation waveguide 20, the connection structures 21 and 22, and the straight optical waveguides 11a and 11b are formed. Specifically, by applying a photoresist on the surface of the semiconductor layer 50 and performing exposure and development by an exposure apparatus, the light modulation waveguide 20, the connection structures 21 and 22, and the straight optical waveguides 11a and 11b are formed. A resist pattern (not shown) is formed on the region to be formed. After this, RIE (Reactive
By removing the semiconductor layer 50 in a region where the resist pattern is not formed by Ion Etching or the like, the light modulation waveguide 20, the connection structures 21 and 22, and the straight optical waveguides 11a and 11b can be formed. Thereafter, a resist pattern (not shown) is removed with an organic solvent or the like. 11 is a cross-sectional view in this step, FIG. 11 (a) is a cross-sectional view of a portion corresponding to the one-dot chain line 4A-4B in FIG. 4, and FIG. 11 (b) is a single point in FIG. It is sectional drawing of the part corresponded to chain line 4C-4D.

次に、図12に示すように、接続構造部21にn型領域21aを形成し、接続構造部22にp型領域22aを形成する。具体的には、半導体層50の表面にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、n型領域21aが形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、リン(P)のイオン注入を行なうことにより、n型領域21aを形成し、更に、不図示のレジストパターンを有機溶剤等により除去する。次に、再度、半導体層50の表面にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、p型領域22aが形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、ボロン(B)のイオン注入を行なうことにより、p型領域22aを形成し、更に、不図示のレジストパターンを有機溶剤等により除去する。これにより、接続構造部21にn型領域21aに形成することができ、接続構造部22にp型領域22aを形成することができる。この際、半導体層50において、後述する共通電極30及び第1の信号電極31等が形成される領域においても、n型領域21a及びp型領域22aが各々形成される。尚、図12は、この工程における断面図であり、図12(a)は、図4における一点鎖線4A−4Bに相当する部分の断面図であり、図12(b)は、図4における一点鎖線4C−4Dに相当する部分の断面図である。   Next, as shown in FIG. 12, the n-type region 21 a is formed in the connection structure portion 21, and the p-type region 22 a is formed in the connection structure portion 22. Specifically, a photoresist is applied to the surface of the semiconductor layer 50, and exposure and development are performed by an exposure apparatus, thereby forming a resist pattern (not shown) having an opening in a region where the n-type region 21a is formed. . Thereafter, phosphorus (P) ions are implanted to form the n-type region 21a, and the resist pattern (not shown) is removed with an organic solvent or the like. Next, a photoresist is applied again to the surface of the semiconductor layer 50, and exposure and development are performed by an exposure apparatus, thereby forming a resist pattern (not shown) having an opening in a region where the p-type region 22a is formed. . Thereafter, boron (B) ions are implanted to form the p-type region 22a, and a resist pattern (not shown) is removed with an organic solvent or the like. Thereby, the n-type region 21 a can be formed in the connection structure portion 21, and the p-type region 22 a can be formed in the connection structure portion 22. At this time, in the semiconductor layer 50, an n-type region 21a and a p-type region 22a are also formed in a region where a common electrode 30 and a first signal electrode 31 described later are formed. 12 is a cross-sectional view in this step, FIG. 12 (a) is a cross-sectional view of a portion corresponding to the one-dot chain line 4A-4B in FIG. 4, and FIG. 12 (b) is a single point in FIG. It is sectional drawing of the part corresponded to chain line 4C-4D.

次に、図13に示すように、光変調導波路20、接続構造部21及び22、ストレート光導波路11a及び11bの上に上部酸化膜層40を形成する。具体的には、CVD(Chemical Vapor Deposition)により酸化シリコン(SiO)を成膜することにより形成する。尚、図13は、この工程における断面図であり、図13(a)は、図4における一点鎖線4A−4Bに相当する部分の断面図であり、図13(b)は、図4における一点鎖線4C−4Dに相当する部分の断面図である。 Next, as shown in FIG. 13, the upper oxide film layer 40 is formed on the light modulation waveguide 20, the connection structures 21 and 22, and the straight optical waveguides 11a and 11b. Specifically, it is formed by depositing silicon oxide (SiO 2 ) by CVD (Chemical Vapor Deposition). 13 is a cross-sectional view in this step, FIG. 13 (a) is a cross-sectional view of a portion corresponding to the one-dot chain line 4A-4B in FIG. 4, and FIG. 13 (b) is a single point in FIG. It is sectional drawing of the part corresponded to chain line 4C-4D.

次に、図14に示すように、共通電極30及び第1の信号電極31等と接続するためのコンタクトホール42を形成する。このコンタクトホール42は、接続構造部21におけるn型領域21aと後述する共通電極30、接続構造部22におけるp型領域22aと第1の信号電極31等とを接続するためのものである。具体的には、上部酸化膜層40の上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、コンタクトホール42が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、RIE等によるドライエッチングによりレジストパターンが形成されていない領域の上部酸化膜層40を除去し、コンタクトホール42を形成する。この後、不図示のレジストパターンは有機溶剤等により除去する。尚、図14は、この工程における断面図であり、図14(a)は、図4における一点鎖線4A−4Bに相当する部分の断面図であり、図14(b)は、図4における一点鎖線4C−4Dに相当する部分の断面図である。   Next, as shown in FIG. 14, a contact hole 42 for connecting to the common electrode 30, the first signal electrode 31, and the like is formed. The contact hole 42 is for connecting an n-type region 21a in the connection structure 21 and a common electrode 30 to be described later, a p-type region 22a in the connection structure 22 and the first signal electrode 31 and the like. Specifically, a photoresist is applied on the upper oxide film layer 40, and exposure and development are performed by an exposure apparatus to form a resist pattern (not shown) having an opening in a region where the contact hole 42 is to be formed. To do. Thereafter, the upper oxide film layer 40 in the region where the resist pattern is not formed is removed by dry etching such as RIE, and the contact hole 42 is formed. Thereafter, the resist pattern (not shown) is removed with an organic solvent or the like. 14 is a cross-sectional view in this step, FIG. 14 (a) is a cross-sectional view of a portion corresponding to the one-dot chain line 4A-4B in FIG. 4, and FIG. 14 (b) is a single point in FIG. It is sectional drawing of the part corresponded to chain line 4C-4D.

次に、図15に示すように、上部酸化膜層40の上に、金属膜35を形成する。具体的には、上部酸化膜層40の上にスパッタリングによりAl膜を成膜することにより金属膜35を形成する。金属膜35は、後述する共通電極30、第1の信号電極31等を形成するためのものであり、コンタクトホール42において露出しているn型領域21a及びp型領域22aに接して形成される。尚、図15は、この工程における断面図であり、図15(a)は、図4における一点鎖線4A−4Bに相当する部分の断面図であり、図15(b)は、図4における一点鎖線4C−4Dに相当する部分の断面図である。   Next, as shown in FIG. 15, a metal film 35 is formed on the upper oxide film layer 40. Specifically, the metal film 35 is formed by forming an Al film on the upper oxide film layer 40 by sputtering. The metal film 35 is for forming a common electrode 30, a first signal electrode 31, and the like, which will be described later, and is formed in contact with the n-type region 21a and the p-type region 22a exposed in the contact hole 42. . 15 is a cross-sectional view in this step, FIG. 15A is a cross-sectional view of a portion corresponding to the one-dot chain line 4A-4B in FIG. 4, and FIG. 15B is a cross-sectional view in FIG. It is sectional drawing of the part corresponded to chain line 4C-4D.

次に、図16に示すように、上部酸化膜層40に開口部41を形成する。具体的には、金属膜35の上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、開口部41が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、ドライエッチングにより、レジストパターンが形成されていない領域における金属膜35及び上部酸化膜層40を除去することにより、開口部41を形成する。尚、図16は、この工程における断面図であり、図16(a)は、図4における一点鎖線4A−4Bに相当する部分の断面図であり、図16(b)は、図4における一点鎖線4C−4Dに相当する部分の断面図である。   Next, as shown in FIG. 16, an opening 41 is formed in the upper oxide film layer 40. Specifically, a photoresist is applied on the metal film 35, and exposure and development are performed by an exposure apparatus, thereby forming a resist pattern (not shown) having an opening in a region where the opening 41 is formed. Thereafter, the opening 41 is formed by removing the metal film 35 and the upper oxide film layer 40 in the region where the resist pattern is not formed by dry etching. 16 is a cross-sectional view in this step, FIG. 16 (a) is a cross-sectional view of a portion corresponding to the one-dot chain line 4A-4B in FIG. 4, and FIG. 16 (b) is a single point in FIG. It is sectional drawing of the part corresponded to chain line 4C-4D.

次に、図17に示すように、酸化膜層61に空間部62を形成する。具体的には、気相状態におけるフッ酸を用いたエッチングにより、開口部41より酸化膜層61のエッチングを行なう。このような気相状態のフッ酸を用いたエッチングでは、気相状態のフッ酸が回り込み酸化膜をエッチングするため、開口部41において、接続構造部21及び22が形成されている部分の下の酸化膜層61をエッチングにより除去することができる。このようにして、開口部41において、接続構造部21及び22が形成されている部分と接している酸化膜層61を除去することにより、空間部62が形成される。この後、不図示のレジストパターンを除去する。尚、図17は、この工程における断面図であり、図17(a)は、図4における一点鎖線4A−4Bに相当する部分の断面図であり、図17(b)は、図4における一点鎖線4C−4Dに相当する部分の断面図である。   Next, as shown in FIG. 17, a space 62 is formed in the oxide film layer 61. Specifically, the oxide film layer 61 is etched from the opening 41 by etching using hydrofluoric acid in a gas phase state. In the etching using the hydrofluoric acid in the gas phase, the hydrofluoric acid in the gas phase wraps around and etches the oxide film. Therefore, in the opening 41, below the portion where the connection structures 21 and 22 are formed. The oxide film layer 61 can be removed by etching. In this manner, the space portion 62 is formed by removing the oxide film layer 61 in contact with the portion where the connection structure portions 21 and 22 are formed in the opening portion 41. Thereafter, a resist pattern (not shown) is removed. 17 is a cross-sectional view in this step, FIG. 17A is a cross-sectional view of a portion corresponding to the one-dot chain line 4A-4B in FIG. 4, and FIG. 17B is a single point in FIG. It is sectional drawing of the part corresponded to chain line 4C-4D.

次に、図18に示すように、不要な金属膜35を除去することにより、残存する金属膜35により、共通電極30及び第1の信号電極31等を形成する。具体的には、金属膜35上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、金属膜35が除去される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。次に、酸等を用いたウェットエッチングにより、レジストパターンの開口部に露出している金属膜35を除去する。これにより、n型領域21aと接続される共通電極30及びp型領域22aと接続される第1の信号電極31等を形成する。この後、不図示のレジストパターンは、有機溶剤等により除去する。尚、図18は、この工程における断面図であり、図18(a)は、図4における一点鎖線4A−4Bに相当する部分の断面図であり、図18(b)は、図4における一点鎖線4C−4Dに相当する部分の断面図である。   Next, as shown in FIG. 18, the unnecessary metal film 35 is removed to form the common electrode 30, the first signal electrode 31, and the like with the remaining metal film 35. Specifically, a photoresist is applied on the metal film 35, and exposure and development are performed by an exposure apparatus, thereby forming a resist pattern (not shown) having an opening in a region where the metal film 35 is removed. Next, the metal film 35 exposed at the opening of the resist pattern is removed by wet etching using acid or the like. Thereby, the common electrode 30 connected to the n-type region 21a, the first signal electrode 31 connected to the p-type region 22a, and the like are formed. Thereafter, the resist pattern (not shown) is removed with an organic solvent or the like. 18 is a cross-sectional view in this step, FIG. 18 (a) is a cross-sectional view of a portion corresponding to the one-dot chain line 4A-4B in FIG. 4, and FIG. 18 (b) is a single point in FIG. It is sectional drawing of the part corresponded to chain line 4C-4D.

以上の製造方法により、本実施の形態における半導体光変調素子を作製することができる。   With the above manufacturing method, the semiconductor light modulation device in this embodiment can be manufactured.

〔第2の実施の形態〕
次に、第2の実施の形態について説明する。本実施の形態は、接続構造部21及び22に代えてフォトニック結晶を形成した構造のものである。図19に基づき、本実施の形態における半導体光変調素子について説明する。尚、図19(a)は、本実施の形態における半導体光変調素子の上面図であり、図19(b)は、図19(a)における一点鎖線19A−19Bにおいて切断した断面図である。本実施の形態における半導体光変調素子は、コア層となる光変調導波路120の両側、即ち、光変調導波路120と共通電極30との間及び、光変調導波路120と第1の信号電極31等との間にフォトニック結晶領域121及び122が形成されているものである。フォトニック結晶領域121及び122においては、直径215nmの円柱形の空孔123が、400nmのピッチにより、2次元周期で形成されており、この2次元周期で形成された空孔123によりフォトニック結晶が形成される。一方、光変調導波路120においては、このような空孔123が形成されていないため、光を伝播させることができる。このような本実施の形態における半導体装置においては、2次元フォトニック結晶のスローライト効果を利用した高効率な位相シフタを得ることができる。尚、スローライト効果を利用する場合においても、伝播光の広がりによる吸収損失が問題となる。しかしながら、本実施の形態における半導体光変調素子では、フォトニック結晶領域121及び122における上側の上部酸化膜層40の一部が除去され開口部41が形成されており、下側の酸化膜層61の一部が除去され空間部62が形成されている。これにより、モードミスマッチ等による光損失を低減することができる。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described. In the present embodiment, a photonic crystal is formed instead of the connection structures 21 and 22. Based on FIG. 19, the semiconductor light modulation device in the present embodiment will be described. FIG. 19A is a top view of the semiconductor light modulation device in the present embodiment, and FIG. 19B is a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line 19A-19B in FIG. The semiconductor light modulation device according to the present embodiment includes both sides of the light modulation waveguide 120 serving as a core layer, that is, between the light modulation waveguide 120 and the common electrode 30, and between the light modulation waveguide 120 and the first signal electrode. Photonic crystal regions 121 and 122 are formed between them and the like. In the photonic crystal regions 121 and 122, cylindrical holes 123 having a diameter of 215 nm are formed in a two-dimensional cycle with a pitch of 400 nm, and the photonic crystal is formed by the holes 123 formed in the two-dimensional cycle. Is formed. On the other hand, in the light modulation waveguide 120, since such a hole 123 is not formed, light can be propagated. In such a semiconductor device in this embodiment, a highly efficient phase shifter using the slow light effect of a two-dimensional photonic crystal can be obtained. Even when the slow light effect is used, the absorption loss due to the spread of the propagation light becomes a problem. However, in the semiconductor light modulation device in the present embodiment, a part of the upper upper oxide film layer 40 in the photonic crystal regions 121 and 122 is removed to form the opening 41, and the lower oxide film layer 61 is formed. Is removed to form a space 62. Thereby, optical loss due to mode mismatch or the like can be reduced.

尚、本実施の形態における半導体光変調素子は、第1の実施形態における製造方法において、図11に示される接続構造部21及び22を形成する工程と同様の工程により、空孔123を形成することにより作製することができる。本実施の形態における半導体光変調素子では、このような空孔123により、フォトニック結晶領域121及び122を形成することができる。また、気相状態におけるフッ酸を用いたエッチングでは、空孔123より気相状態のフッ酸が入り込むため、第1の実施の形態における図17に示される場合と同様に、空間部62を形成することが可能である。   In the semiconductor optical modulation element in the present embodiment, the holes 123 are formed by the same process as the process of forming the connection structures 21 and 22 shown in FIG. 11 in the manufacturing method in the first embodiment. Can be produced. In the semiconductor light modulation device in the present embodiment, the photonic crystal regions 121 and 122 can be formed by such holes 123. Further, in the etching using hydrofluoric acid in the gas phase, since the hydrofluoric acid in the gas phase enters from the holes 123, the space 62 is formed as in the case shown in FIG. 17 in the first embodiment. Is possible.

尚、上記以外の内容については、第1の実施の形態と同様である。   The contents other than the above are the same as in the first embodiment.

〔第3の実施の形態〕
(半導体光変調素子)
次に、第3の実施の形態について説明する。本実施の形態における半導体光変調素子は、第1の実施の形態における半導体光変調素子の空間部62の相当する部分に低屈折率材料層を形成した構造のものである。
[Third Embodiment]
(Semiconductor light modulator)
Next, a third embodiment will be described. The semiconductor light modulation element in the present embodiment has a structure in which a low refractive index material layer is formed in a portion corresponding to the space 62 of the semiconductor light modulation element in the first embodiment.

図20及び図21に基づき、本実施の形態における半導体光変調素子について説明する。図20は、本実施の形態のおける半導体光変調素子の上面図である。また、図21(a)は、一点鎖線20A−20Bにおいて切断した断面図であり、図21(b)は、一点鎖線20C−20Dにおいて切断した断面図であり、図21(c)は、一点鎖線20E−20Fにおいて切断した断面図である。   Based on FIG. 20 and FIG. 21, the semiconductor optical modulation element in the present embodiment will be described. FIG. 20 is a top view of the semiconductor light modulation device in the present embodiment. FIG. 21A is a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line 20A-20B, FIG. 21B is a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line 20C-20D, and FIG. It is sectional drawing cut | disconnected in the dashed line 20E-20F.

本実施の形態における半導体光変調素子は、上述したように、第1の実施の形態における半導体光変調素子の空間部62の相当する部分に低屈折率材料層262を形成した構造のものである。第1の実施の形態における半導体光変調素子のように、空間部62が、空気や真空等である場合には屈折率が最も低くなるため特性的には好ましい。しかしながら、本実施の形態のように、第1の実施の形態における半導体光変調素子の空間部62に相当する部分に低屈折率材料層262を形成した場合においても、第1の実施の形態のものと同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態では、空間部62に相当する部分が低屈折率材料層262により埋められるため、機械的強度が更に増し、信頼性等の観点においては好ましいものと考えられる。   As described above, the semiconductor light modulation element in the present embodiment has a structure in which the low refractive index material layer 262 is formed in a portion corresponding to the space 62 of the semiconductor light modulation element in the first embodiment. . Like the semiconductor light modulation element in the first embodiment, when the space 62 is air, vacuum, or the like, the refractive index is the lowest, which is preferable in terms of characteristics. However, even when the low refractive index material layer 262 is formed in a portion corresponding to the space portion 62 of the semiconductor optical modulation element in the first embodiment as in the present embodiment, the first embodiment has the same structure. The same effects as those can be obtained. In the present embodiment, since the portion corresponding to the space 62 is filled with the low refractive index material layer 262, the mechanical strength is further increased, which is preferable in terms of reliability and the like.

低屈折率材料層262を形成する材料としては、酸化シリコンよりも屈折率が低い材料が好ましく、例えば、フッ化マグネシウム(MgF)等が挙げられる。 As a material for forming the low refractive index material layer 262, a material having a refractive index lower than that of silicon oxide is preferable, and examples thereof include magnesium fluoride (MgF 2 ).

(半導体光変調素子の製造方法)
次に、本実施の形態における半導体光変調素子の製造方法について、図22〜図31に基づき説明する。尚、図22〜図31においては、便宜上、ストレート光導波路11a及び11bは省略されている。
(Manufacturing method of semiconductor light modulator)
Next, a method for manufacturing the semiconductor light modulation device in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 22 to 31, the straight optical waveguides 11a and 11b are omitted for convenience.

最初に、図22に示すように、SOI基板を準備する。SOI基板は、Si等の基板60上に、BOX層と呼ばれる酸化膜層61及び、この酸化膜層61の上に、SOI層と呼ばれる半導体層50が形成されているものである。本実施の形態においては、SOI基板には、酸化膜層61として厚さが1〜3μmの酸化シリコンが形成されており、半導体層50として厚さが約220nmの結晶シリコンが形成されている。尚、図22は、この工程における断面図であり、図22(a)は、図20における一点鎖線20A−20Bに相当する部分の断面図であり、図22(b)は、図20における一点鎖線20C−20Dに相当する部分の断面図である。   First, as shown in FIG. 22, an SOI substrate is prepared. The SOI substrate is obtained by forming an oxide film layer 61 called a BOX layer on a substrate 60 such as Si and a semiconductor layer 50 called an SOI layer on the oxide film layer 61. In the present embodiment, silicon oxide having a thickness of 1 to 3 μm is formed as the oxide film layer 61 and crystalline silicon having a thickness of about 220 nm is formed as the semiconductor layer 50 in the SOI substrate. 22 is a cross-sectional view in this step, FIG. 22 (a) is a cross-sectional view of a portion corresponding to the alternate long and short dash line 20A-20B in FIG. 20, and FIG. 22 (b) is a single point in FIG. It is sectional drawing of the part corresponded to chain line 20C-20D.

次に、図23に示すように、半導体層50を用いて、光変調導波路20、接続構造部21及び22、ストレート光導波路11a及び11bを形成する。具体的には、半導体層50の表面にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、光変調導波路20、接続構造部21及び22、ストレート光導波路11a及び11bが形成される領域上に不図示のレジストパターンを形成する。この後、RIE等により、レジストパターンが形成されていない領域の半導体層50を除去することにより、光変調導波路20、接続構造部21及び22、ストレート光導波路11a及び11bを形成する。この後、不図示のレジストパターンを有機溶剤等により除去する。尚、図23は、この工程における断面図であり、図23(a)は、図20における一点鎖線20A−20Bに相当する部分の断面図であり、図23(b)は、図20における一点鎖線20C−20Dに相当する部分の断面図である。   Next, as shown in FIG. 23, the optical modulation waveguide 20, the connection structures 21 and 22, and the straight optical waveguides 11 a and 11 b are formed using the semiconductor layer 50. Specifically, by applying a photoresist on the surface of the semiconductor layer 50 and performing exposure and development by an exposure apparatus, the light modulation waveguide 20, the connection structures 21 and 22, and the straight optical waveguides 11a and 11b are formed. A resist pattern (not shown) is formed on the region to be formed. Thereafter, the semiconductor layer 50 in the region where the resist pattern is not formed is removed by RIE or the like, thereby forming the light modulation waveguide 20, the connection structures 21 and 22, and the straight optical waveguides 11a and 11b. Thereafter, a resist pattern (not shown) is removed with an organic solvent or the like. 23 is a cross-sectional view in this step, FIG. 23 (a) is a cross-sectional view of a portion corresponding to the alternate long and short dash line 20A-20B in FIG. 20, and FIG. 23 (b) is a single point in FIG. It is sectional drawing of the part corresponded to chain line 20C-20D.

次に、図24に示すように、接続構造部21にn型領域21aを形成し、接続構造部22にp型領域22aを形成する。具体的には、半導体層50の表面にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、n型領域21aが形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、リン(P)のイオン注入を行なうことにより、n型領域21aを形成し、更に、不図示のレジストパターンを有機溶剤等により除去する。次に、再度、半導体層50の表面にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、p型領域22aが形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、ボロン(B)のイオン注入を行なうことにより、p型領域22aを形成し、更に、不図示のレジストパターンを有機溶剤等により除去する。これにより、接続構造部21にn型領域21aに形成することができ、接続構造部22にp型領域22aを形成することができる。この際、半導体層50において、後述する共通電極30及び第1の信号電極31等が形成される領域においても、n型領域21a及びp型領域22aが各々形成される。尚、図24は、この工程における断面図であり、図24(a)は、図20における一点鎖線20A−20Bに相当する部分の断面図であり、図24(b)は、図20における一点鎖線20C−20Dに相当する部分の断面図である。   Next, as shown in FIG. 24, the n-type region 21 a is formed in the connection structure portion 21, and the p-type region 22 a is formed in the connection structure portion 22. Specifically, a photoresist is applied to the surface of the semiconductor layer 50, and exposure and development are performed by an exposure apparatus, thereby forming a resist pattern (not shown) having an opening in a region where the n-type region 21a is formed. . Thereafter, phosphorus (P) ions are implanted to form the n-type region 21a, and the resist pattern (not shown) is removed with an organic solvent or the like. Next, a photoresist is applied again to the surface of the semiconductor layer 50, and exposure and development are performed by an exposure apparatus, thereby forming a resist pattern (not shown) having an opening in a region where the p-type region 22a is formed. . Thereafter, boron (B) ions are implanted to form the p-type region 22a, and a resist pattern (not shown) is removed with an organic solvent or the like. Thereby, the n-type region 21 a can be formed in the connection structure portion 21, and the p-type region 22 a can be formed in the connection structure portion 22. At this time, in the semiconductor layer 50, an n-type region 21a and a p-type region 22a are also formed in a region where a common electrode 30 and a first signal electrode 31 described later are formed. 24 is a cross-sectional view in this step, FIG. 24 (a) is a cross-sectional view of a portion corresponding to the alternate long and short dash line 20A-20B in FIG. 20, and FIG. 24 (b) is a single point in FIG. It is sectional drawing of the part corresponded to chain line 20C-20D.

次に、図25に示すように、光変調導波路20、接続構造部21及び22、ストレート光導波路11a及び11bの上に上部酸化膜層40を形成する。具体的には、CVDにより酸化シリコン(SiO)を成膜することにより形成する。尚、図25は、この工程における断面図であり、図25(a)は、図20における一点鎖線20A−20Bに相当する部分の断面図であり、図25(b)は、図20における一点鎖線20C−20Dに相当する部分の断面図である。 Next, as shown in FIG. 25, an upper oxide film layer 40 is formed on the light modulation waveguide 20, the connection structures 21 and 22, and the straight optical waveguides 11a and 11b. Specifically, it is formed by depositing silicon oxide (SiO 2 ) by CVD. 25 is a cross-sectional view in this step, FIG. 25 (a) is a cross-sectional view of a portion corresponding to the alternate long and short dash line 20A-20B in FIG. 20, and FIG. 25 (b) is a single point in FIG. It is sectional drawing of the part corresponded to chain line 20C-20D.

次に、図26に示すように、共通電極30及び第1の信号電極31等と接続するためのコンタクトホール42を形成する。このコンタクトホール42は、接続構造部21におけるn型領域21aと後述する共通電極30、接続構造部22におけるp型領域22aと第1の信号電極31等とを接続するためのものである。具体的には、上部酸化膜層40の上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、コンタクトホール42が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、RIE等によるドライエッチングによりレジストパターンが形成されていない領域の上部酸化膜層40を除去し、コンタクトホール42を形成する。この後、不図示のレジストパターンは有機溶剤等により除去する。尚、図26は、この工程における断面図であり、図26(a)は、図20における一点鎖線20A−20Bに相当する部分の断面図であり、図26(b)は、図20における一点鎖線20C−20Dに相当する部分の断面図である。   Next, as shown in FIG. 26, a contact hole 42 for connecting to the common electrode 30, the first signal electrode 31, and the like is formed. The contact hole 42 is for connecting an n-type region 21a in the connection structure 21 and a common electrode 30 to be described later, a p-type region 22a in the connection structure 22 and the first signal electrode 31 and the like. Specifically, a photoresist is applied on the upper oxide film layer 40, and exposure and development are performed by an exposure apparatus to form a resist pattern (not shown) having an opening in a region where the contact hole 42 is to be formed. To do. Thereafter, the upper oxide film layer 40 in the region where the resist pattern is not formed is removed by dry etching such as RIE, and the contact hole 42 is formed. Thereafter, the resist pattern (not shown) is removed with an organic solvent or the like. 26 is a cross-sectional view in this step, FIG. 26 (a) is a cross-sectional view of a portion corresponding to the alternate long and short dash line 20A-20B in FIG. 20, and FIG. 26 (b) is a single point in FIG. It is sectional drawing of the part corresponded to chain line 20C-20D.

次に、図27に示すように、上部酸化膜層40の上に、金属膜35を形成する。具体的には、上部酸化膜層40の上にスパッタリングによりAl膜を成膜することにより金属膜35を形成する。金属膜35は、後述する共通電極30、第1の信号電極31等を形成するためのものであり、コンタクトホール42において露出しているn型領域21a及びp型領域22aに接して形成される。尚、図27は、この工程における断面図であり、図27(a)は、図20における一点鎖線20A−20Bに相当する部分の断面図であり、図27(b)は、図20における一点鎖線20C−20Dに相当する部分の断面図である。   Next, as shown in FIG. 27, a metal film 35 is formed on the upper oxide film layer 40. Specifically, the metal film 35 is formed by forming an Al film on the upper oxide film layer 40 by sputtering. The metal film 35 is for forming a common electrode 30, a first signal electrode 31, and the like, which will be described later, and is formed in contact with the n-type region 21a and the p-type region 22a exposed in the contact hole 42. . 27 is a cross-sectional view in this step, FIG. 27A is a cross-sectional view of a portion corresponding to the alternate long and short dash line 20A-20B in FIG. 20, and FIG. 27B is a cross-sectional view in FIG. It is sectional drawing of the part corresponded to chain line 20C-20D.

次に、図28に示すように、上部酸化膜層40に開口部41を形成する。具体的には、金属膜35の上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、開口部41が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、ドライエッチングにより、レジストパターンが形成されていない領域における金属膜35及び上部酸化膜層40を除去することにより、開口部41を形成する。尚、図28は、この工程における断面図であり、図28(a)は、図20における一点鎖線20A−20Bに相当する部分の断面図であり、図28(b)は、図20における一点鎖線20C−20Dに相当する部分の断面図である。   Next, as shown in FIG. 28, an opening 41 is formed in the upper oxide film layer 40. Specifically, a photoresist is applied on the metal film 35, and exposure and development are performed by an exposure apparatus, thereby forming a resist pattern (not shown) having an opening in a region where the opening 41 is formed. Thereafter, the opening 41 is formed by removing the metal film 35 and the upper oxide film layer 40 in the region where the resist pattern is not formed by dry etching. 28 is a cross-sectional view in this step, FIG. 28 (a) is a cross-sectional view of a portion corresponding to the alternate long and short dash line 20A-20B in FIG. 20, and FIG. 28 (b) is a single point in FIG. It is sectional drawing of the part corresponded to chain line 20C-20D.

次に、図29に示すように、酸化膜層61に空間部62を形成する。具体的には、気相状態におけるフッ酸を用いたエッチングにより、開口部41より酸化膜層61のエッチングを行なう。このような気相状態のフッ酸を用いたエッチングでは、気相状態のフッ酸が回り込み酸化膜をエッチングするため、開口部41において、接続構造部21及び22が形成されている部分の下の酸化膜層61をエッチングにより除去することができる。このようにして、開口部41において、接続構造部21及び22が形成されている部分と接している酸化膜層61を除去することにより、空間部62が形成される。この後、不図示のレジストパターンを除去する。尚、図29は、この工程における断面図であり、図29(a)は、図20における一点鎖線20A−20Bに相当する部分の断面図であり、図29(b)は、図20における一点鎖線20C−20Dに相当する部分の断面図である。   Next, as shown in FIG. 29, a space 62 is formed in the oxide film layer 61. Specifically, the oxide film layer 61 is etched from the opening 41 by etching using hydrofluoric acid in a gas phase state. In the etching using the hydrofluoric acid in the gas phase, the hydrofluoric acid in the gas phase wraps around and etches the oxide film. Therefore, in the opening 41, below the portion where the connection structures 21 and 22 are formed. The oxide film layer 61 can be removed by etching. In this manner, the space portion 62 is formed by removing the oxide film layer 61 in contact with the portion where the connection structure portions 21 and 22 are formed in the opening portion 41. Thereafter, a resist pattern (not shown) is removed. 29 is a cross-sectional view in this step, FIG. 29A is a cross-sectional view of a portion corresponding to the alternate long and short dash line 20A-20B in FIG. 20, and FIG. 29B is a single point in FIG. It is sectional drawing of the part corresponded to chain line 20C-20D.

次に、図30に示すように、酸化膜層61に形成された空間部62及び上部酸化膜層40に形成された開口部41に低屈折率材料層262を形成する。低屈折率材料層262はフッ化マグネシウム等の酸化シリコンよりも屈折率の低い材料が用いられており、スパッタリング等の真空成膜方法により形成することができる。尚、図30は、この工程における断面図であり、図30(a)は、図20における一点鎖線20A−20Bに相当する部分の断面図であり、図30(b)は、図20における一点鎖線20C−20Dに相当する部分の断面図である。   Next, as shown in FIG. 30, a low refractive index material layer 262 is formed in the space 62 formed in the oxide film layer 61 and the opening 41 formed in the upper oxide film layer 40. The low refractive index material layer 262 is made of a material having a lower refractive index than silicon oxide such as magnesium fluoride, and can be formed by a vacuum film formation method such as sputtering. 30 is a cross-sectional view in this step, FIG. 30 (a) is a cross-sectional view of a portion corresponding to the alternate long and short dash line 20A-20B in FIG. 20, and FIG. 30 (b) is a single point in FIG. It is sectional drawing of the part corresponded to chain line 20C-20D.

次に、図31に示すように、不要な金属膜35を除去することにより、残存する金属膜35により、共通電極30及び第1の信号電極31等を形成する。具体的には、金属膜35上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、金属膜35が除去される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。次に、酸等を用いたウェットエッチングにより、レジストパターンの開口部に露出している金属膜35を除去する。これにより、n型領域21aと接続される共通電極30及びp型領域22aと接続される第1の信号電極31等を形成することができる。この後、不図示のレジストパターンは、有機溶剤等により除去する。尚、図31は、この工程における断面図であり、図31(a)は、図20における一点鎖線20A−20Bに相当する部分の断面図であり、図31(b)は、図20における一点鎖線20C−20Dに相当する部分の断面図である。   Next, as shown in FIG. 31, the unnecessary metal film 35 is removed to form the common electrode 30, the first signal electrode 31, and the like with the remaining metal film 35. Specifically, a photoresist is applied on the metal film 35, and exposure and development are performed by an exposure apparatus, thereby forming a resist pattern (not shown) having an opening in a region where the metal film 35 is removed. Next, the metal film 35 exposed at the opening of the resist pattern is removed by wet etching using acid or the like. Thereby, the common electrode 30 connected to the n-type region 21a, the first signal electrode 31 connected to the p-type region 22a, and the like can be formed. Thereafter, the resist pattern (not shown) is removed with an organic solvent or the like. 31 is a cross-sectional view in this step, FIG. 31 (a) is a cross-sectional view of a portion corresponding to the alternate long and short dash line 20A-20B in FIG. 20, and FIG. 31 (b) is a single point in FIG. It is sectional drawing of the part corresponded to chain line 20C-20D.

以上の工程により、本実施の形態における半導体光変調素子を製造することができる。   Through the above-described steps, the semiconductor light modulation device in the present embodiment can be manufactured.

尚、上記以外の内容については第1の実施の形態と同様である。また、本実施の形態は、第2の実施の形態における半導体光変調素子に適用することが可能である。   The contents other than the above are the same as those in the first embodiment. In addition, this embodiment can be applied to the semiconductor light modulation element in the second embodiment.

〔第4の実施の形態〕
(半導体光変調素子)
図32及び図33に基づき第4の実施の形態における半導体光変調素子について説明する。図32は、本実施の形態における半導体光変調素子において、第1の実施の形態において説明した図3における一点鎖線3Aにより囲まれた領域の拡大図である。また、図33(a)は、図32における一点鎖線32A−32Bにおいて切断された断面図である。図33(a)は、図32における一点鎖線32C−32Dにおいて切断された断面図である。図33(c)は、図32における一点鎖線32E−32Fにおいて切断された断面図である。
[Fourth Embodiment]
(Semiconductor light modulator)
A semiconductor light modulation device in the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 32 and 33. FIG. 32 is an enlarged view of a region surrounded by the alternate long and short dash line 3A in FIG. 3 described in the first embodiment in the semiconductor light modulation device in the present embodiment. FIG. 33A is a cross-sectional view taken along one-dot chain line 32A-32B in FIG. Fig.33 (a) is sectional drawing cut | disconnected by the dashed-dotted line 32C-32D in FIG. FIG. 33C is a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line 32E-32F in FIG.

本実施の形態においては、コア層となる第1の光導波路11及び第2の光導波路12には、光変調導波路320等が設けられており、光変調導波路320等に光が入射する側及び出射する側には、ストレート光導波路11a及び11b等が設けられている。また、光変調導波路320の側面の両側には、半導体層の表面を一部除去し、半導体層の厚さを薄くすることによりスラブ層321及び322が形成されている。尚、本実施の形態におけるスラブ層321及び322は、接続構造部と記載する場合がある。   In the present embodiment, the first optical waveguide 11 and the second optical waveguide 12 serving as the core layer are provided with a light modulation waveguide 320 or the like, and light enters the light modulation waveguide 320 or the like. Straight optical waveguides 11a and 11b are provided on the side and the exit side. Further, on both sides of the side surface of the light modulation waveguide 320, slab layers 321 and 322 are formed by partially removing the surface of the semiconductor layer and reducing the thickness of the semiconductor layer. Note that the slab layers 321 and 322 in this embodiment may be described as a connection structure portion.

本実施の形態では、コア層となる光変調導波路320の幅W5は、約440nmとなるように形成されており、光変調導波路320と、共通電極30又は第1の信号電極31との間隔D5は、約1μmとなるように形成されている。また、光変調導波路320の高さH5は約220nmで形成されており、スラブ層321及び322の高さHS5は、光変調導波路320等を伝播する光が光変調導波路320等より漏れ出すことがないように、約50nmとなるように形成されている。   In the present embodiment, the width W5 of the light modulation waveguide 320 serving as the core layer is formed to be about 440 nm, and the light modulation waveguide 320 and the common electrode 30 or the first signal electrode 31 The interval D5 is formed to be about 1 μm. The height H5 of the light modulation waveguide 320 is about 220 nm, and the height HS5 of the slab layers 321 and 322 is such that light propagating through the light modulation waveguide 320 etc. leaks from the light modulation waveguide 320 etc. It is formed to be about 50 nm so as not to be emitted.

本実施の形態における半導体光変調素子では、一方のスラブ層321には、n型領域321aが設けられており、n型領域321aにおいて、スラブ層321と共通電極30とが接続されている。また、他方のスラブ層322には、p型領域322aが設けられており、p型領域322aにおいて、スラブ層322と第1の信号電極31とが接続されている。   In the semiconductor light modulation device in the present embodiment, one slab layer 321 is provided with an n-type region 321a, and the slab layer 321 and the common electrode 30 are connected in the n-type region 321a. The other slab layer 322 is provided with a p-type region 322a, and the slab layer 322 and the first signal electrode 31 are connected in the p-type region 322a.

本実施の形態においては、n型領域321aには、不純物濃度が約1×1020cm−3となるように、不純物元素としてP(リン)がイオン注入されている。また、p型領域222aには、不純物濃度が約1×1020cm−3となるように、不純物元素としてB(ボロン)がイオン注入されている。尚、本実施の形態においては、n型領域221aを形成するための不純物元素としては、P以外にもAs等を用いることができ、p型領域222aを形成するための不純物元素としては、B以外にもAl等を用いることができる。また、本実施の形態では、n型を第1の導電型と、p型を第2の導電型として説明するが、これらの関係は逆であってもよい。 In the present embodiment, P (phosphorus) is ion-implanted as an impurity element in n-type region 321a so that the impurity concentration is about 1 × 10 20 cm −3 . Also, B (boron) is ion-implanted as an impurity element in the p-type region 222a so that the impurity concentration is about 1 × 10 20 cm −3 . In the present embodiment, As or the like can be used in addition to P as the impurity element for forming the n-type region 221a, and B as the impurity element for forming the p-type region 222a. In addition, Al or the like can be used. In the present embodiment, the n-type is described as the first conductivity type and the p-type is described as the second conductivity type, but these relationships may be reversed.

また、本実施の形態における半導体光変調素子では、光変調導波路320等の上には、上部酸化膜層340が形成されている。上部酸化膜層340は、酸化シリコンにより形成されており、コア層である光変調導波路320等は、基板60の上に形成された下部酸化膜層となる酸化膜層61と上部酸化膜層340により上下が挟まれた構造となっている。   In the semiconductor light modulation device in the present embodiment, an upper oxide film layer 340 is formed on the light modulation waveguide 320 or the like. The upper oxide film layer 340 is formed of silicon oxide, and the optical modulation waveguide 320 or the like that is a core layer includes an oxide film layer 61 and an upper oxide film layer that are lower oxide films formed on the substrate 60. The upper and lower sides are sandwiched by 340.

このような構造の半導体光変調素子では、共通電極30と第1の信号電極31との間に印加する電圧を変化させることにより、n型領域321aとp型領域322aとの間において電子及びホールのフリー・キャリアの濃度を変化させることができる。これにより、フリー・キャリア・プラズマ効果によって、コア層である光変調導波路320における屈折率が変化し、光変調導波路320において伝播する光の位相を変調させることができる。   In the semiconductor light modulation device having such a structure, by changing the voltage applied between the common electrode 30 and the first signal electrode 31, electrons and holes are formed between the n-type region 321a and the p-type region 322a. The concentration of free carriers can be changed. Thereby, the refractive index in the light modulation waveguide 320 which is the core layer is changed by the free carrier plasma effect, and the phase of light propagating in the light modulation waveguide 320 can be modulated.

また、本実施の形態における半導体光変調素子は、光変調導波路320の両側の領域において、スラブ層321及び322の上側部分における上部酸化膜層340の一部を除去することにより、開口部341が形成されている。   Further, in the semiconductor light modulation device in the present embodiment, in the regions on both sides of the light modulation waveguide 320, the opening 341 is removed by removing a part of the upper oxide film layer 340 in the upper portions of the slab layers 321 and 322. Is formed.

このように、上部酸化膜層340に開口部341を形成することにより、光変調導波路320を伝播する光が、スラブ層321及び322に漏れ出すことをより一層防ぐことができ、光変調導波路320の内部における光の局在性を高めることができる。このように、光変調導波路320における光の局在性を高めることにより、光変調導波路320とストレート光導波路11bとの間における反射を低減することができ、伝播する光の損失を抑制することができる。尚、開口部341は、光変調導波路320に近ければ近い程、伝播光がスラブ層321及び322に漏れ出すことを抑制することができ、光変調導波路320を伝播する光の損失を更に、低減することができる。   Thus, by forming the opening 341 in the upper oxide film layer 340, light propagating through the light modulation waveguide 320 can be further prevented from leaking into the slab layers 321 and 322, and the light modulation guide can be prevented. The localization of light inside the waveguide 320 can be enhanced. Thus, by increasing the localization of light in the light modulation waveguide 320, reflection between the light modulation waveguide 320 and the straight optical waveguide 11b can be reduced, and the loss of propagating light is suppressed. be able to. Note that the closer the opening 341 is to the light modulation waveguide 320, the more the propagation light can be prevented from leaking into the slab layers 321 and 322, and the loss of light propagating through the light modulation waveguide 320 can be further reduced. , Can be reduced.

次に、図34及び図35に基づき、光導波路におけるエネルギー密度分布についてシミュレーションを行なった結果について説明する。図34(a)は、本実施の形態における半導体光変調素子に相当するものである。具体的には、酸化膜層61の上に光変調導波路320、スラブ層321及び322が形成されており、光変調導波路320の上には上部酸化膜層340が形成されており、スラブ層321及び322の上には上部酸化膜層340が形成されていない構造のものである。尚、光変調導波路320は、幅W5が440nm、高さH5が220nmとなるように形成されており、スラブ層321及び322は、高さHS5は50nmとなるように形成されている。   Next, based on FIG. 34 and FIG. 35, the result of having performed simulation about the energy density distribution in an optical waveguide is demonstrated. FIG. 34 (a) corresponds to the semiconductor optical modulation element in the present embodiment. Specifically, the light modulation waveguide 320 and the slab layers 321 and 322 are formed on the oxide film layer 61, and the upper oxide film layer 340 is formed on the light modulation waveguide 320. The upper oxide layer 340 is not formed on the layers 321 and 322. The light modulation waveguide 320 is formed so that the width W5 is 440 nm and the height H5 is 220 nm, and the slab layers 321 and 322 are formed so that the height HS5 is 50 nm.

また、図34(b)は、従来の半導体光変調素子に相当するものである。具体的には、酸化膜層971の上に光変調導波路950、スラブ層951及び952が形成されており、光変調導波路950、スラブ層951及び952の上には上部酸化膜層972が形成されている構造のものである。尚、光変調導波路950は、幅W6が440nm、高さH6が220nmで形成されており、スラブ層951及び952における高さHS6は50nmとなるように形成されている。   FIG. 34 (b) corresponds to a conventional semiconductor light modulation device. Specifically, a light modulation waveguide 950 and slab layers 951 and 952 are formed on the oxide film layer 971, and an upper oxide film layer 972 is formed on the light modulation waveguide 950 and slab layers 951 and 952. The structure is formed. The light modulation waveguide 950 has a width W6 of 440 nm and a height H6 of 220 nm, and the height HS6 of the slab layers 951 and 952 is 50 nm.

また、図34(c)は、ストレート光導波路11a及び11bに相当する光導波路310である。この光導波路310は、酸化膜層61の上に形成されており、光導波路310の上部には、光導波路310の全体を覆うように上部酸化膜340が形成されている。尚、光導波路310は、幅W7が440nm、高さH7が220nmとなるように形成されている。   FIG. 34C shows an optical waveguide 310 corresponding to the straight optical waveguides 11a and 11b. The optical waveguide 310 is formed on the oxide film layer 61, and an upper oxide film 340 is formed on the optical waveguide 310 so as to cover the entire optical waveguide 310. The optical waveguide 310 is formed so that the width W7 is 440 nm and the height H7 is 220 nm.

図35は、これらの構造のもののエネルギー密度分布を示す。具体的には、図35(a)は、図34(a)に示される構造のもののエネルギー密度分布を示しており、この構造のものにおける有効屈折率neffは2.448である。また、図35(b)は、図34(b)に示される構造のもののエネルギー密度分布を示しており、この構造のものにおける有効屈折率neffは2.491である。図35(c)は、図34(c)に示される構造のもののエネルギー密度分布を示しており、この構造のものにおける有効屈折率neffは2.441である。 FIG. 35 shows the energy density distribution of these structures. Specifically, FIG. 35A shows the energy density distribution of the structure shown in FIG. 34A, and the effective refractive index n eff of this structure is 2.448. FIG. 35B shows the energy density distribution of the structure shown in FIG. 34B, and the effective refractive index n eff of this structure is 2.491. FIG. 35C shows the energy density distribution of the structure shown in FIG. 34C, and the effective refractive index n eff of this structure is 2.441.

以上より、図34(b)に示される構造のものよりも、図34(a)に示される構造のものの有効屈折率neffの値が、図34(c)に示される構造のものの有効屈折率neffの値に近い。即ち、図34(a)に示される構造のものと図34(c)に示される構造のものとの有効屈折率neffの差は、約0.007であるのに対し、図34(b)に示される構造のものと図34(c)に示される構造のものとの有効屈折率neffの差は、約0.05である。従って、図34(b)に示される構造のものよりも、図34(a)に示される構造のものの方が、図34(c)に示される構造のものとのモードマッチング性が高く、図34(c)に示される構造のものに入射する際の光損失が少ない。即ち、図34(b)に示される構造のものよりも、図34(a)に示される構造のものの方が、ストレート光導波路11bに入射する際の光損失が少ない。 From the above, the effective refractive index n eff of the structure shown in FIG. 34 (a) is more effective than that of the structure shown in FIG. 34 (b). It is close to the value of the rate n eff . That is, the difference in effective refractive index n eff between the structure shown in FIG. 34 (a) and that shown in FIG. 34 (c) is about 0.007, whereas FIG. The difference in effective refractive index n eff between the structure shown in FIG. 34 and the structure shown in FIG. 34C is about 0.05. Therefore, the structure shown in FIG. 34 (a) has higher mode matching with the structure shown in FIG. 34 (c) than the structure shown in FIG. 34 (b). There is little optical loss when entering the structure shown in 34 (c). That is, the light loss when entering the straight optical waveguide 11b is smaller in the structure shown in FIG. 34A than in the structure shown in FIG.

(半導体光変調素子の製造方法)
次に、本実施の形態における半導体光変調素子の製造方法について、図36〜図38に基づき説明する。尚、図36〜図38は、図32における一点鎖線32A−32Bに相当する部分の各々の工程における断面図である。尚、図36〜図38においては、便宜上、ストレート光導波路11a及び11bは省略されている。
(Manufacturing method of semiconductor light modulator)
Next, a method for manufacturing the semiconductor light modulation device in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 36 to 38 are cross-sectional views in respective steps of a portion corresponding to the alternate long and short dash line 32A-32B in FIG. 36 to 38, the straight optical waveguides 11a and 11b are omitted for convenience.

最初に、図36(a)に示すように、SOI基板を準備する。SOI基板は、Si等の基板60上に、BOX層と呼ばれる酸化膜層61及び、この酸化膜層61の上に、SOI層と呼ばれる半導体層350が形成されているものである。本実施の形態においては、SOI基板には、酸化膜層61として厚さが1〜3μmの酸化シリコンが形成されており、半導体層350として厚さが約220nmの結晶シリコンが形成されている。   First, as shown in FIG. 36A, an SOI substrate is prepared. The SOI substrate is obtained by forming an oxide film layer 61 called a BOX layer on a substrate 60 such as Si and a semiconductor layer 350 called an SOI layer on the oxide film layer 61. In this embodiment mode, silicon oxide having a thickness of 1 to 3 μm is formed as the oxide film layer 61 and crystalline silicon having a thickness of about 220 nm is formed as the semiconductor layer 350 in the SOI substrate.

次に、図36(b)に示すように、半導体層350を用いて、光変調導波路320、スラブ層321及び322を形成する。具体的には、半導体層350の表面にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、スラブ層321及び322が形成される領域に開口を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンが形成されていない領域において、露出している半導体層350を厚さが約50nmとなるまで、RIE等によるドライエッチングにより除去することにより、光変調導波路320、スラブ層321及び322を形成する。この後、不図示のレジストパターンは有機溶剤等により除去する。   Next, as illustrated in FIG. 36B, the light modulation waveguide 320 and the slab layers 321 and 322 are formed using the semiconductor layer 350. Specifically, a photoresist is applied to the surface of the semiconductor layer 350, and exposure and development are performed by an exposure apparatus, thereby forming a resist pattern (not shown) having openings in regions where the slab layers 321 and 322 are formed. . Thereafter, in the region where the resist pattern is not formed, the exposed semiconductor layer 350 is removed by dry etching such as RIE until the thickness becomes about 50 nm, whereby the light modulation waveguide 320 and the slab layer 321 are removed. And 322 are formed. Thereafter, the resist pattern (not shown) is removed with an organic solvent or the like.

次に、図36(c)に示すように、スラブ層321にn型領域321aを形成し、スラブ層322にp型領域322aを形成する。具体的には、半導体層350の表面にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、n型領域321aが形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、リン(P)のイオン注入を行なうことにより、n型領域321aを形成し、更に、不図示のレジストパターンを有機溶剤等により除去する。次に、再度、半導体層350の表面にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、p型領域322aが形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、ボロン(B)のイオン注入を行なうことにより、p型領域322aを形成し、更に、不図示のレジストパターンを有機溶剤等により除去する。これにより、スラブ層321にn型領域321aに形成することができ、スラブ層322にp型領域322aを形成することができる。この際、半導体層350において、後述する共通電極30及び第1の信号電極31等が形成される領域においても、n型領域321a及びp型領域322aが各々形成される。   Next, as shown in FIG. 36C, an n-type region 321a is formed in the slab layer 321 and a p-type region 322a is formed in the slab layer 322. Specifically, a photoresist is applied to the surface of the semiconductor layer 350, and exposure and development are performed by an exposure apparatus, thereby forming a resist pattern (not shown) having an opening in a region where the n-type region 321a is formed. . Thereafter, phosphorus (P) ions are implanted to form an n-type region 321a, and a resist pattern (not shown) is removed with an organic solvent or the like. Next, a photoresist is applied to the surface of the semiconductor layer 350 again, and exposure and development are performed by an exposure apparatus, thereby forming a resist pattern (not shown) having an opening in a region where the p-type region 322a is formed. . Thereafter, boron (B) ions are implanted to form a p-type region 322a, and a resist pattern (not shown) is removed with an organic solvent or the like. Accordingly, the n-type region 321a can be formed in the slab layer 321 and the p-type region 322a can be formed in the slab layer 322. At this time, in the semiconductor layer 350, an n-type region 321a and a p-type region 322a are also formed in a region where a common electrode 30 and a first signal electrode 31, which will be described later, are formed.

次に、図37(a)に示すように、光変調導波路320、スラブ層321及び322等の上に上部酸化膜層340を形成する。具体的には、CVDにより酸化シリコン(SiO)を成膜することにより形成する。 Next, as shown in FIG. 37A, an upper oxide film layer 340 is formed on the light modulation waveguide 320, the slab layers 321 and 322, and the like. Specifically, it is formed by depositing silicon oxide (SiO 2 ) by CVD.

次に、図37(b)に示すように、共通電極30及び第1の信号電極31等と接続するためのコンタクトホール342を上部酸化膜層340に形成する。このコンタクトホール42は、スラブ層321におけるn型領域321aと後述する共通電極30、スラブ層322におけるp型領域322aと第1の信号電極31等とを接続するためのものである。具体的には、上部酸化膜層340の上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、コンタクトホール342が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、RIE等によるドライエッチングによりレジストパターンが形成されていない領域の上部酸化膜層340を除去し、コンタクトホール342を形成する。この後、不図示のレジストパターンは有機溶剤等により除去する。   Next, as shown in FIG. 37B, a contact hole 342 for connecting to the common electrode 30, the first signal electrode 31, and the like is formed in the upper oxide film layer 340. The contact hole 42 is for connecting an n-type region 321a in the slab layer 321 and a common electrode 30 described later, a p-type region 322a in the slab layer 322, the first signal electrode 31, and the like. Specifically, a photoresist is applied on the upper oxide film layer 340, and exposure and development are performed by an exposure apparatus, thereby forming a resist pattern (not shown) having an opening in a region where the contact hole 342 is formed. To do. Thereafter, the upper oxide film layer 340 in the region where the resist pattern is not formed is removed by dry etching such as RIE, and a contact hole 342 is formed. Thereafter, the resist pattern (not shown) is removed with an organic solvent or the like.

次に、図37(c)に示すように、上部酸化膜層340の上に、金属膜335を形成する。具体的には、上部酸化膜層340の上にスパッタリングによりAl膜を成膜することにより金属膜335を形成する。金属膜335は、後述する共通電極30、第1の信号電極31等を形成するためのものであり、コンタクトホール342において露出しているn型領域321a及びp型領域322aに接して形成される。   Next, as shown in FIG. 37C, a metal film 335 is formed on the upper oxide film layer 340. Specifically, the metal film 335 is formed by forming an Al film on the upper oxide film layer 340 by sputtering. The metal film 335 is used to form a common electrode 30, a first signal electrode 31, and the like, which will be described later, and is formed in contact with the n-type region 321a and the p-type region 322a exposed in the contact hole 342. .

次に、図38(a)に示すように、上部酸化膜層340に開口部341を形成する。具体的には、金属膜335の上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、開口部341が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、ドライエッチングにより、レジストパターンが形成されていない領域における金属膜335及び上部酸化膜層340を除去することにより、開口部341を形成する。   Next, as shown in FIG. 38A, an opening 341 is formed in the upper oxide film layer 340. Specifically, a photoresist is applied on the metal film 335, and exposure and development are performed by an exposure apparatus, thereby forming a resist pattern (not shown) having an opening in a region where the opening 341 is formed. Thereafter, the opening 341 is formed by removing the metal film 335 and the upper oxide film layer 340 in the region where the resist pattern is not formed by dry etching.

次に、図38(b)に示すように、不要な金属膜335を除去することにより、残存する金属膜335により、共通電極30及び第1の信号電極31等を形成する。具体的には、金属膜335上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、金属膜335が除去される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。次に、酸等を用いてウェットエッチングにより、レジストパターンの開口部に露出している金属膜335を除去する。これにより、n型領域321aと接続される共通電極30及びp型領域322aと接続される第1の信号電極31等を形成することができる。この後、不図示のレジストパターンは、有機溶剤等により除去する。   Next, as shown in FIG. 38B, the unnecessary metal film 335 is removed, thereby forming the common electrode 30, the first signal electrode 31, and the like from the remaining metal film 335. Specifically, a photoresist is applied on the metal film 335, and exposure and development are performed by an exposure apparatus, thereby forming a resist pattern (not shown) having an opening in a region where the metal film 335 is removed. Next, the metal film 335 exposed at the opening of the resist pattern is removed by wet etching using acid or the like. Thereby, the common electrode 30 connected to the n-type region 321a, the first signal electrode 31 connected to the p-type region 322a, and the like can be formed. Thereafter, the resist pattern (not shown) is removed with an organic solvent or the like.

以上の工程により、本実施の形態における半導体光変調素子を製造することができる。尚、上記以外の内容については第1の実施の形態と同様である。   Through the above-described steps, the semiconductor light modulation device in the present embodiment can be manufactured. The contents other than the above are the same as those in the first embodiment.

以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。   Although the embodiment has been described in detail above, it is not limited to the specific embodiment, and various modifications and changes can be made within the scope described in the claims.

上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1)
半導体材料により形成されており、入射した光が伝播する光変調導波路と、
前記光変調導波路の側面の両側において、前記光変調導波路の各々の側面と接続されている半導体材料により形成された接続構造部と、
前記光変調導波路及び前記接続構造部の下側に形成された下部酸化膜層と、
前記接続構造部と接している下部酸化膜層の一部を除去することに形成された空間部と、
を有することを特徴とする半導体光変調装置。
(付記2)
前記光変調導波路及び前記接続構造部の上側に形成された上部酸化膜層と、
前記上部酸化膜層において、前記接続構造部の上の一部又は全部に形成された開口部と、
を有することを特徴とする付記1に記載の半導体光変調装置。
(付記3)
前記空間部には、前記下部酸化膜層よりも低い屈折率を有する材料により低屈折率材料層が形成されていることを特徴とする付記1または2に記載の半導体光変調装置。
(付記4)
前記空間部と前記開口部とは、前記接続構造部を介して、対応する領域に形成されていることを特徴とする付記3に記載の半導体光変調装置。
(付記5)
前記接続構造部は、前記光変調導波路の側面より延びる複数の棒形状のものにより形成されているものであって、
前記光変調導波路と前記接続構造部とは、略同じ厚さで形成されていることを特徴とする付記1から4のいずれかに記載の半導体光変調装置。
(付記6)
前記接続構造部は、フォトニック結晶により形成されているものであることを特徴とする付記1から4のいずれかに記載の半導体光変調装置。
(付記7)
半導体材料により形成されており、入射した光が伝播する光変調導波路と、
前記光変調導波路の側面の両側に形成されており、前記光変調導波路の側面と接続されている半導体材料により形成された接続構造部と、
前記光変調導波路及び前記接続構造部の上側に形成された上部酸化膜層と、
前記上部酸化膜層において、前記接続構造部の上の一部又は全部に形成された開口部と、
を有することを特徴とする半導体光変調装置。
(付記8)
前記接続構造部は、前記光変調導波路よりも厚さが薄いことを特徴とする付記7に記載の半導体光変調装置。
(付記9)
前記光変調導波路において光が出射する側に形成された光導波路を有することを特徴とする付記1から8のいずれかに記載の半導体光変調装置。
(付記10)
前記光変調導波路において光が入射する側に形成された光導波路を有することを特徴とする付記1から9のいずれかに記載の半導体光変調装置。
(付記11)
前記光変調導波路の側面の一方の側に形成された一方の接続構造部は、第1の導電型の領域を有しており、
前記光変調導波路の側面の他方の側に形成された他方の接続構造部は、第2の導電型の領域を有していることを特徴とする付記1から10のいずれかに記載の半導体光変調素子。
(付記12)
前記第1の導電型はn型であり、前記第2の導電型はp型であることを特徴とする付記11に記載の半導体光変調素子。
(付記13)
前記一方の接続構造部における前記第1の導電型の領域は、共通電極に接続されており、
前記他方の接続構造部における前記第2の導電型の領域は、信号電極に接続されているものであることを特徴とする付記11または12に記載の半導体光変調素子。
(付記14)
前記光変調導波路、前記接続構造部は、共通の半導体層により形成されており、
前記半導体層は、基板の上に形成されている下部酸化膜層の上に形成されていることを特徴とする付記1から13のいずれかに記載の半導体光変調素子。
(付記15)
前記半導体材料は、シリコンを含むものであることを特徴とする付記1から14のいずれかに記載の半導体光変調素子。
(付記16)
前記酸化膜層及び前記上部酸化膜層は、酸化シリコンを含むものであることを特徴とする付記1から15のいずれかに記載の半導体光変調装置。
(付記17)
基板上に下部酸化膜層が形成されており、前記下部酸化膜層の上に半導体層が形成されているものにおいて、前記半導体層の一部を除去することにより、光変調導波路及び前記光変調導波路の側面の両側において接続されている接続構造部を形成する工程と、
前記光変調導波路の側面の一方の側に形成された一方の接続構造部の全部又は一部に、第1の導電型の領域を形成し、他方の側に形成された他方の接続構造部の全部又は一部に、第2の導電型の領域を形成する工程と、
前記光変調導波路及び前記接続構造部の上に、上部酸化膜層を形成する工程と、
前記接続構造部の上の前記上部酸化膜層の全部または一部を除去することにより、開口部を形成する工程と、
前記開口部に対応する部分の前記下部酸化膜層において、前記接続構造部と接している前記下部酸化膜層の一部を除去することにより空間部を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体光変調装置の製造方法。
(付記18)
前記空間部は、気相状態におけるフッ酸により、前記下部酸化膜層の一部を除去することにより形成されるものであることを特徴とする付記17に記載の半導体光変調装置の製造方法。
(付記19)
前記空間部に、前記下部酸化膜層よりも屈折率の低い材料により低屈折率材料層を形成する工程を有することを特徴とする付記18に記載の半導体光変調装置の製造方法。
(付記20)
前記一方の接続構造部の第1の導電型の領域に接続される共通電極と、前記他方の接続構造部の第2の導電型の領域に接続される信号電極とを形成する工程とを有する付記17から19のいずれかに記載の半導体光変調装置の製造方法。
In addition to the above description, the following additional notes are disclosed.
(Appendix 1)
An optical modulation waveguide made of a semiconductor material through which incident light propagates;
On both sides of the side surface of the light modulation waveguide, a connection structure portion formed of a semiconductor material connected to each side surface of the light modulation waveguide;
A lower oxide film layer formed below the light modulation waveguide and the connection structure;
A space formed by removing a part of the lower oxide film layer in contact with the connection structure;
A semiconductor light modulation device comprising:
(Appendix 2)
An upper oxide film layer formed above the light modulation waveguide and the connection structure;
In the upper oxide film layer, an opening formed in a part or all of the connection structure portion;
2. The semiconductor light modulation device according to appendix 1, wherein:
(Appendix 3)
3. The semiconductor light modulation device according to appendix 1 or 2, wherein a low refractive index material layer is formed in the space portion from a material having a lower refractive index than the lower oxide film layer.
(Appendix 4)
4. The semiconductor light modulation device according to appendix 3, wherein the space portion and the opening portion are formed in corresponding regions via the connection structure portion.
(Appendix 5)
The connection structure is formed by a plurality of rod-shaped members extending from the side surface of the light modulation waveguide,
The semiconductor light modulation device according to any one of appendices 1 to 4, wherein the light modulation waveguide and the connection structure portion are formed with substantially the same thickness.
(Appendix 6)
The semiconductor optical modulation device according to any one of appendices 1 to 4, wherein the connection structure portion is formed of a photonic crystal.
(Appendix 7)
An optical modulation waveguide made of a semiconductor material through which incident light propagates;
A connection structure formed of a semiconductor material formed on both sides of the side surface of the light modulation waveguide, and connected to the side surface of the light modulation waveguide;
An upper oxide film layer formed above the light modulation waveguide and the connection structure;
In the upper oxide film layer, an opening formed in a part or all of the connection structure portion;
A semiconductor light modulation device comprising:
(Appendix 8)
The semiconductor light modulation device according to appendix 7, wherein the connection structure portion is thinner than the light modulation waveguide.
(Appendix 9)
9. The semiconductor light modulation device according to any one of appendices 1 to 8, further comprising an optical waveguide formed on a light emitting side of the light modulation waveguide.
(Appendix 10)
10. The semiconductor light modulation device according to any one of appendices 1 to 9, further comprising an optical waveguide formed on a light incident side of the light modulation waveguide.
(Appendix 11)
One connection structure formed on one side of the side surface of the light modulation waveguide has a region of the first conductivity type,
11. The semiconductor according to any one of appendices 1 to 10, wherein the other connection structure formed on the other side of the side surface of the light modulation waveguide has a second conductivity type region. Light modulation element.
(Appendix 12)
The semiconductor light modulation device according to appendix 11, wherein the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type.
(Appendix 13)
The region of the first conductivity type in the one connection structure portion is connected to a common electrode,
13. The semiconductor optical modulation element according to appendix 11 or 12, wherein the second conductivity type region in the other connection structure portion is connected to a signal electrode.
(Appendix 14)
The light modulation waveguide and the connection structure are formed of a common semiconductor layer,
14. The semiconductor light modulation device according to any one of appendices 1 to 13, wherein the semiconductor layer is formed on a lower oxide film layer formed on a substrate.
(Appendix 15)
15. The semiconductor light modulation element according to any one of appendices 1 to 14, wherein the semiconductor material contains silicon.
(Appendix 16)
16. The semiconductor light modulation device according to any one of appendices 1 to 15, wherein the oxide film layer and the upper oxide film layer contain silicon oxide.
(Appendix 17)
A lower oxide film layer is formed on a substrate, and a semiconductor layer is formed on the lower oxide film layer. By removing a part of the semiconductor layer, an optical modulation waveguide and the light Forming a connection structure connected on both sides of the side surface of the modulation waveguide;
A region of the first conductivity type is formed on all or part of one connection structure formed on one side of the side surface of the light modulation waveguide, and the other connection structure formed on the other side. Forming a region of the second conductivity type in all or part of
Forming an upper oxide film layer on the light modulation waveguide and the connection structure;
Forming an opening by removing all or part of the upper oxide film layer on the connection structure;
Forming a space portion by removing a part of the lower oxide film layer in contact with the connection structure portion in the lower oxide film layer corresponding to the opening; and
A method for manufacturing a semiconductor light modulation device, comprising:
(Appendix 18)
18. The method of manufacturing a semiconductor light modulation device according to appendix 17, wherein the space portion is formed by removing a part of the lower oxide film layer with hydrofluoric acid in a gas phase state.
(Appendix 19)
19. The method for manufacturing a semiconductor light modulation device according to appendix 18, wherein the space portion includes a step of forming a low refractive index material layer with a material having a lower refractive index than the lower oxide film layer.
(Appendix 20)
Forming a common electrode connected to a first conductivity type region of the one connection structure portion and a signal electrode connected to a second conductivity type region of the other connection structure portion. 20. A method for manufacturing a semiconductor light modulation device according to any one of appendices 17 to 19.

10a 光導波路(入射側)
10b 光導波路(出射側)
11 第1の光導波路
11a 接続構造部
11b 接続構造部
12 第2の光導波路
20 光変調導波路
21 接続構造部
21a n型領域
22 接続構造部
22a p型領域
30 共通電極
31 第1の信号電極
32 第2の信号電極
40 上部酸化膜層
41 開口部
50 半導体層
60 基板
61 酸化膜層(下部酸化膜層)
62 空間部
70 電圧信号源
10a Optical waveguide (incident side)
10b Optical waveguide (outgoing side)
11 first optical waveguide 11a connection structure 11b connection structure 12 second optical waveguide 20 light modulation waveguide 21 connection structure 21a n-type region 22 connection structure 22a p-type region 30 common electrode 31 first signal electrode 32 Second signal electrode 40 Upper oxide film layer 41 Opening 50 Semiconductor layer 60 Substrate 61 Oxide film layer (lower oxide film layer)
62 Space 70 Voltage signal source

Claims (8)

半導体材料により形成されており、入射した光が伝播する光変調導波路と、
前記光変調導波路の側面の両側において、前記光変調導波路の各々の側面と接続されている半導体材料により形成された接続構造部と、
前記光変調導波路及び前記接続構造部の上側に形成された上部酸化膜層と、
前記上部酸化膜層において、前記接続構造部の上の一部又は全部に形成された開口部と、
前記光変調導波路及び前記接続構造部の下側に形成された下部酸化膜層と、
前記接続構造部と接している下部酸化膜層の一部を除去することにより形成された空間部と、
を有し、
前記光変調導波路の上側に形成された前記上部酸化膜層及び前記光変調導波路の下側に形成された前記下部酸化膜層は除去されずに前記光変調導波路を挟んでいることを特徴とする半導体光変調装置。
An optical modulation waveguide made of a semiconductor material through which incident light propagates;
On both sides of the side surface of the light modulation waveguide, a connection structure portion formed of a semiconductor material connected to each side surface of the light modulation waveguide;
An upper oxide film layer formed above the light modulation waveguide and the connection structure;
In the upper oxide film layer, an opening formed in a part or all of the connection structure portion;
A lower oxide film layer formed below the light modulation waveguide and the connection structure;
A space portion that is more formed to remove a portion of the lower oxide layer in contact with the connection unit,
I have a,
Rukoto not across the optical modulation waveguides without the lower oxide film layer formed on the lower side of the upper oxide layer and the light modulation waveguide formed on an upper side of the light modulation waveguide is removed A semiconductor light modulation device.
前記空間部には、前記下部酸化膜層よりも低い屈折率を有する材料により低屈折率材料層が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体光変調装置。 In the space portion, the semiconductor optical modulator according to claim 1, characterized in that the low refractive index material layer is formed of a material having a lower refractive index than the lower oxide layer. 前記接続構造部は、前記光変調導波路の側面より延びる複数の棒形状のものにより形成されているものであって、
前記光変調導波路と前記接続構造部とは、略同じ厚さで形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体光変調装置。
The connection structure is formed by a plurality of rod-shaped members extending from the side surface of the light modulation waveguide,
3. The semiconductor light modulation device according to claim 1, wherein the light modulation waveguide and the connection structure portion are formed with substantially the same thickness.
前記接続構造部は、フォトニック結晶により形成されているものであることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体光変調装置。 The connection unit includes a semiconductor optical modulation device according to claim 1 or 2, characterized in that formed by the photonic crystal. 前記光変調導波路において光が出射する側に形成された光導波路を有することを特徴とする請求項1からのいずれかに記載の半導体光変調装置。 The optical modulator device according to any one of the four claims 1, characterized in that it comprises an optical waveguide formed on the side where light is emitted in the light modulation waveguide. 前記光変調導波路の側面の一方の側に形成された一方の接続構造部は、第1の導電型の領域を有しており、
前記光変調導波路の側面の他方の側に形成された他方の接続構造部は、第2の導電型の領域を有していることを特徴とする請求項1からのいずれかに記載の半導体光変調装置
One connection structure formed on one side of the side surface of the light modulation waveguide has a region of the first conductivity type,
The other connection unit formed on the other side of the side surface of the light modulation waveguide, according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it has a region of the second conductivity type Semiconductor light modulation device .
基板上に下部酸化膜層が形成されており、前記下部酸化膜層の上に半導体層が形成されているものにおいて、前記半導体層の一部を除去することにより、光変調導波路及び前記光変調導波路の側面の両側において接続されている接続構造部を形成する工程と、
前記光変調導波路の側面の一方の側に形成された一方の接続構造部の全部又は一部に、第1の導電型の領域を形成し、他方の側に形成された他方の接続構造部の全部又は一部に、第2の導電型の領域を形成する工程と、
前記光変調導波路及び前記接続構造部の上に、上部酸化膜層を形成する工程と、
前記接続構造部の上の前記上部酸化膜層の全部または一部を除去することにより、開口部を形成する工程と、
前記開口部に対応する部分の前記下部酸化膜層において、前記接続構造部と接している前記下部酸化膜層の一部を除去することにより空間部を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体光変調装置の製造方法。
A lower oxide film layer is formed on a substrate, and a semiconductor layer is formed on the lower oxide film layer. By removing a part of the semiconductor layer, an optical modulation waveguide and the light Forming a connection structure connected on both sides of the side surface of the modulation waveguide;
A region of the first conductivity type is formed on all or part of one connection structure formed on one side of the side surface of the light modulation waveguide, and the other connection structure formed on the other side. Forming a region of the second conductivity type in all or part of
Forming an upper oxide film layer on the light modulation waveguide and the connection structure;
Forming an opening by removing all or part of the upper oxide film layer on the connection structure;
Forming a space portion by removing a part of the lower oxide film layer in contact with the connection structure portion in the lower oxide film layer corresponding to the opening; and
A method for manufacturing a semiconductor light modulation device, comprising:
前記空間部は、気相状態におけるフッ酸により、前記下部酸化膜層の一部を除去することにより形成されるものであることを特徴とする請求項に記載の半導体光変調装置の製造方法。 8. The method of manufacturing a semiconductor light modulation device according to claim 7 , wherein the space portion is formed by removing a part of the lower oxide film layer with hydrofluoric acid in a gas phase state. .
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