JP6578730B2 - Optical semiconductor device, method for manufacturing optical semiconductor device, and method for inspecting optical semiconductor device - Google Patents

Optical semiconductor device, method for manufacturing optical semiconductor device, and method for inspecting optical semiconductor device Download PDF

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Description

本発明は、光半導体素子、光半導体素子の製造方法および光半導体素子の検査方法に関するものである。   The present invention relates to an optical semiconductor device, an optical semiconductor device manufacturing method, and an optical semiconductor device inspection method.

ハイメサ導波路で形成されたマッハツェンダ変調器において、表面平坦化、低容量化などの目的で、導波路全体をBCB樹脂で埋め込む構造が開示されている(例えば、特許文献1参照)。   In a Mach-Zehnder modulator formed of a high-mesa waveguide, a structure in which the entire waveguide is embedded with BCB resin is disclosed for the purpose of surface flattening, capacity reduction, and the like (see, for example, Patent Document 1).

特開2013−096268号公報JP2013-096268A

しかしながら、マッハツェンダ変調器などの光半導体素子を用いる場合、入力光として外部から光強度の大きいレーザ光が導波路に入射する。入力光が導波路からズレて樹脂に集光されると、レーザ光の高エネルギによって樹脂が分解・気化され、端面に再付着する障害などが発生するおそれがある。再付着した樹脂は、光の吸収や散乱を引き起こす。そのため、光損失が増大し、入射効率の低下を招くおそれがある。   However, when an optical semiconductor element such as a Mach-Zehnder modulator is used, laser light having a high light intensity is incident on the waveguide as input light from the outside. If the input light deviates from the waveguide and is focused on the resin, the resin is decomposed and vaporized by the high energy of the laser light, and there is a possibility that a failure to reattach to the end face may occur. The reattached resin causes light absorption and scattering. As a result, optical loss may increase, leading to a decrease in incidence efficiency.

そこで、樹脂の分解・気化を抑制することができる光半導体素子、光半導体素子の製造方法および光半導体素子の検査方法を提供することを目的とする。   Then, it aims at providing the optical semiconductor element which can suppress decomposition | disassembly and vaporization of resin, the manufacturing method of an optical semiconductor element, and the inspection method of an optical semiconductor element.

本発明に係る光半導体素子は、基板上に形成され、側面および上面によって画定され、端面を有する導波路と、前記基板上において前記導波路を埋め込む樹脂と、を備え、前記導波路の側面および上面に前記樹脂が設けられていない非樹脂領域が、前記端面から前記導波路の延びる方向に所定距離にわたって延びる、光半導体素子である。   An optical semiconductor device according to the present invention includes a waveguide formed on a substrate and defined by a side surface and an upper surface and having an end surface, and a resin that embeds the waveguide on the substrate, and the side surface of the waveguide and The non-resin area | region where the said resin is not provided in the upper surface is an optical semiconductor element extended over a predetermined distance from the said end surface in the direction where the said waveguide is extended.

本発明に係る光半導体素子の製造方法は、基板上に、側面および上面によって画定されかつ端面を有する導波路を形成し、前記基板上において前記導波路を樹脂で埋め込み、前記端面から前記導波路の延びる方向に所定距離にわたって前記樹脂を除去する、光半導体素子の製造方法である。   In the method for manufacturing an optical semiconductor device according to the present invention, a waveguide defined by a side surface and an upper surface and having an end surface is formed on a substrate, the waveguide is embedded on the substrate with a resin, and the waveguide is formed from the end surface. This is a method for manufacturing an optical semiconductor element, in which the resin is removed over a predetermined distance in the extending direction.

本発明に係る光半導体素子の検査方法は、基板上に形成され、側面および上面によって画定され、端面を有する半導体の導波路と、前記基板上において前記導波路を埋め込む樹脂と、を備え、前記導波路の側面および上面に前記樹脂が設けられていない非樹脂領域が前記端面から前記導波路の延びる方向に所定距離にわたって延びる光半導体素子の検査方法であって、前記端面に光入射させることによって前記導波路から得られる電気信号を計測する、光半導体素子の検査方法である。   An optical semiconductor device inspection method according to the present invention comprises: a semiconductor waveguide formed on a substrate, defined by a side surface and an upper surface, and having an end surface; and a resin for embedding the waveguide on the substrate, An inspection method of an optical semiconductor device in which a non-resin region in which the resin is not provided on a side surface and an upper surface of a waveguide extends over a predetermined distance from the end surface in a direction in which the waveguide extends, and by causing light to enter the end surface It is an inspection method for an optical semiconductor element, in which an electrical signal obtained from the waveguide is measured.

上記発明によれば、樹脂の分解・気化を抑制することができる。   According to the said invention, decomposition | disassembly and vaporization of resin can be suppressed.

比較例に係る変調器の光導波路部分の斜視図である。It is a perspective view of the optical waveguide part of the modulator which concerns on a comparative example. 光導波路部分を覆う樹脂を含む斜視図である。It is a perspective view containing resin which covers an optical waveguide part. 実施形態に係る変調器0の斜視図である。It is a perspective view of the modulator 0 which concerns on embodiment. (a)は入力導波路の端面図であり、(b)は入力導波路周辺の上面図である。(A) is an end view of the input waveguide, and (b) is a top view of the periphery of the input waveguide. 変形例に係る変調器の斜視図である。It is a perspective view of the modulator concerning a modification. (a)〜(f)は光導波路周辺における製造フロー図である。(A)-(f) is a manufacturing flowchart in the optical waveguide periphery. 図6(f)後の製造フロー図である。FIG. 7 is a manufacturing flow diagram after FIG. 図6(f)後の製造フロー図である。FIG. 7 is a manufacturing flow diagram after FIG. 変調器の検査に用いる検査装置の概略図である。It is the schematic of the test | inspection apparatus used for a test | inspection of a modulator. 変調器の検査方法のフロー図である。It is a flowchart of the inspection method of a modulator.

[本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。
[Description of Embodiment of Present Invention]
First, the contents of the embodiments of the present invention will be listed and described.

本願発明は、(1)基板上に形成され、側面および上面によって画定され、端面を有する導波路と、前記基板上において前記導波路を埋め込む樹脂と、を備え、前記導波路の側面および上面に前記樹脂が設けられていない非樹脂領域が、前記端面から前記導波路の延びる方向に所定距離にわたって延びる、光半導体素子である。
(2)前記導波路は、入力導波路と、光分岐部と、2本のアームと、光合波部と、出力導波路とを含むマッハツェンダ変調器を構成し、前記非樹脂領域は、前記入力導波路の端面から前記光分岐部に至るまでもしくは途中まで延びてもよい。
(3)前記非樹脂領域は、前記出力導波路の端面から前記光合波部に至るまでもしくは途中まで延びてもよい。
(4)前記樹脂は、ベンゾシクロブテンとしてもよい。
他の本願発明は、(5)基板上に、側面および上面によって画定されかつ端面を有する導波路を形成し、前記基板上において前記導波路を樹脂で埋め込み、前記端面から前記導波路の延びる方向に所定距離にわたって前記樹脂を除去する、光半導体素子の製造方法である。
他の本願発明は、(6)基板上に形成され、側面および上面によって画定され、端面を有する半導体の導波路と、前記基板上において前記導波路を埋め込む樹脂と、を備え、前記導波路の側面および上面に前記樹脂が設けられていない非樹脂領域が前記端面から前記導波路の延びる方向に所定距離にわたって延びる光半導体素子の検査方法であって、前記端面に光入射させることによって前記導波路から得られる電気信号を計測する、光半導体素子の検査方法である。
(7)光ファイバから前記端面に光入射させ、前記電気信号の計測結果に応じて、前記光ファイバの位置を決定してもよい。
(8)光ファイバからレンズを介して前記端面に光入射させ、前記電気信号の計測結果に応じて、前記光ファイバおよび前記レンズの位置を決定してもよい。
The present invention includes (1) a waveguide formed on a substrate and defined by a side surface and an upper surface and having an end surface; and a resin that embeds the waveguide on the substrate, and the waveguide has a side surface and an upper surface. In the optical semiconductor element, the non-resin region in which the resin is not provided extends over a predetermined distance from the end surface in a direction in which the waveguide extends.
(2) The waveguide constitutes a Mach-Zehnder modulator including an input waveguide, an optical branching unit, two arms, an optical multiplexing unit, and an output waveguide, and the non-resin region includes the input resin You may extend from the end face of the waveguide to the optical branching section or halfway.
(3) The non-resin region may extend from the end face of the output waveguide to the optical multiplexing part or halfway.
(4) The resin may be benzocyclobutene.
According to another aspect of the present invention, (5) a waveguide defined by a side surface and an upper surface and having an end surface is formed on a substrate, the waveguide is embedded on the substrate with a resin, and the waveguide extends from the end surface. The method of manufacturing an optical semiconductor device, wherein the resin is removed over a predetermined distance.
Another invention of the present application includes (6) a semiconductor waveguide formed on a substrate, defined by a side surface and an upper surface, and having an end surface, and a resin that embeds the waveguide on the substrate, A method of inspecting an optical semiconductor device in which a non-resin region in which the resin is not provided on a side surface and an upper surface extends from the end surface in a direction in which the waveguide extends over a predetermined distance, and the waveguide is made by causing light to enter the end surface. This is an optical semiconductor device inspection method for measuring an electrical signal obtained from the above.
(7) Light may be incident on the end face from an optical fiber, and the position of the optical fiber may be determined according to the measurement result of the electrical signal.
(8) Light may be incident on the end face from an optical fiber via a lens, and the positions of the optical fiber and the lens may be determined according to the measurement result of the electrical signal.

[本願発明の実施形態の詳細]
本発明の実施形態に係る光半導体素子、光半導体素子の製造方法および光半導体素子の検査方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
[Details of the embodiment of the present invention]
Specific examples of an optical semiconductor device, an optical semiconductor device manufacturing method, and an optical semiconductor device inspection method according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to these illustrations, is shown by the claim, and intends that all the changes within the meaning and range equivalent to a claim are included.

まず、実施例の説明に先立って、比較例に係る変調器200の概略について説明する。図1は、変調器200の光導波路部分の斜視図である。図1で例示するように、変調器200は、基板10上に、メサ状の光導波路の経路を組み合わせて構成されたマッハツェンダ変調器1が設けられた構成を有する。マッハツェンダ変調器1は、基板10上に、2本の入力導波路21a,21bと、入力導波路21a,21bに接続され、入力導波路21aから入力された光を分岐する光カプラ22と、分岐された光を伝搬させる2本の変調導波路(アーム)23a,23bと、変調導波路23a,23bを伝搬した光を合波させる光カプラ24と、光カプラ24からの出力光を外部へと導く出力導波路25a,25bと、を含む。   First, prior to the description of the embodiment, an outline of the modulator 200 according to the comparative example will be described. FIG. 1 is a perspective view of an optical waveguide portion of the modulator 200. As illustrated in FIG. 1, the modulator 200 has a configuration in which a Mach-Zehnder modulator 1 configured by combining paths of mesa-shaped optical waveguides is provided on a substrate 10. The Mach-Zehnder modulator 1 includes two input waveguides 21a and 21b, an optical coupler 22 that is connected to the input waveguides 21a and 21b, and branches the light input from the input waveguide 21a. Two modulated waveguides (arms) 23a and 23b for propagating the transmitted light, an optical coupler 24 for multiplexing the light propagated through the modulated waveguides 23a and 23b, and output light from the optical coupler 24 to the outside And guiding output waveguides 25a and 25b.

図1の例では、光カプラ22,24として2×2カプラを用いている。図1では、後述するグランド電極32が図示されている。なお、メサ状の光導波路以外の領域では半導体が形成されていなくてもよいが、図1ではグランド電極32以外の領域において半導体層50が形成されている。   In the example of FIG. 1, 2 × 2 couplers are used as the optical couplers 22 and 24. In FIG. 1, a ground electrode 32 described later is shown. Although the semiconductor may not be formed in a region other than the mesa-shaped optical waveguide, the semiconductor layer 50 is formed in a region other than the ground electrode 32 in FIG.

図2は、光導波路部分を覆う樹脂を含む斜視図である。図2では、マッハツェンダ変調器1をなす光導波路の経路を点線で図示する。図2で例示するように、変調器200において、マッハツェンダ変調器1上を樹脂40が覆っている。それにより、光導波路をなすメサが樹脂40によって埋め込まれている。樹脂40は、BCB(ベンゾシクロブテン)などの有機材料である。   FIG. 2 is a perspective view including a resin covering the optical waveguide portion. In FIG. 2, the path of the optical waveguide forming the Mach-Zehnder modulator 1 is indicated by a dotted line. As illustrated in FIG. 2, in the modulator 200, the resin 40 covers the Mach-Zehnder modulator 1. Thereby, the mesa forming the optical waveguide is embedded by the resin 40. The resin 40 is an organic material such as BCB (benzocyclobutene).

配線パターンは、p側の進行波型電極31a,31b、n側のグランド電極32、およびp側の位相調整電極33a,33bを含む。グランド電極32は、変調導波路23aと変調導波路23bとの間に形成された樹脂40の開口に設けられている。グランド電極32以外の配線パターンは、樹脂40上に設けられている。グランド電極32以外の配線パターンは、樹脂40に形成された開口を介してマッハツェンダ変調器1に接続されている。   The wiring pattern includes p-side traveling-wave electrodes 31a and 31b, an n-side ground electrode 32, and p-side phase adjustment electrodes 33a and 33b. The ground electrode 32 is provided in the opening of the resin 40 formed between the modulation waveguide 23a and the modulation waveguide 23b. Wiring patterns other than the ground electrode 32 are provided on the resin 40. Wiring patterns other than the ground electrode 32 are connected to the Mach-Zehnder modulator 1 through an opening formed in the resin 40.

進行波型電極31aは、図1の変調導波路23aに接続されている。進行波型電極31bは、図1の変調導波路23bに接続されている。進行波型電極31a,31bに高周波の電気信号が供給されると、グランド電極32との間で高周波の電気信号が流れる。それにより、変調導波路23a,23bの屈折率が変化し、変調導波路23a,23bを通過する光の位相が変化する。それにより、出力導波路25a,25bから出力される光がオン・オフし、変調信号が得られる。   The traveling wave type electrode 31a is connected to the modulation waveguide 23a of FIG. The traveling wave electrode 31b is connected to the modulation waveguide 23b of FIG. When a high-frequency electrical signal is supplied to the traveling wave electrodes 31 a and 31 b, a high-frequency electrical signal flows between the ground electrode 32. As a result, the refractive indexes of the modulation waveguides 23a and 23b change, and the phase of light passing through the modulation waveguides 23a and 23b changes. Thereby, the light output from the output waveguides 25a and 25b is turned on / off, and a modulation signal is obtained.

図1の変調導波路23a上には、進行波型電極31aと離間して位相調整電極33aが接続されている。図1の変調導波路23b上には、進行波型電極31bと離間して位相調整電極33bが接続されている。位相調整電極33aから変調導波路23aには、外部から直流信号が供給される。それにより、変調導波路23aを伝搬する光の位相が調整される。位相調整電極33bから変調導波路23bには、外部から直流信号が供給される。それにより、変調導波路23bを伝搬する光の位相が調整される。   On the modulation waveguide 23a of FIG. 1, a phase adjustment electrode 33a is connected to be separated from the traveling wave electrode 31a. On the modulation waveguide 23b of FIG. 1, a phase adjustment electrode 33b is connected to be separated from the traveling wave type electrode 31b. A DC signal is supplied from the outside to the modulation waveguide 23a from the phase adjustment electrode 33a. Thereby, the phase of the light propagating through the modulation waveguide 23a is adjusted. A DC signal is supplied from the outside to the modulation waveguide 23b from the phase adjustment electrode 33b. Thereby, the phase of the light propagating through the modulation waveguide 23b is adjusted.

変調器200を使用する場合、入力光として外部から光強度の大きいレーザ光が入力導波路21aに入射する。入力光が入力導波路21aからズレて樹脂40に集光されると、レーザ光の高エネルギによって樹脂40が分解・気化され、端面に再付着する障害などが発生するおそれがある。特に、変調器の光導波路の幅は数μm程度(例えば1.5μm)と狭いため、入力光が樹脂に入射しやすい傾向にある。再付着した樹脂は、光の吸収や散乱を引き起こす。そのため、光損失が増大し、入射効率の低下を招くおそれがある。   When the modulator 200 is used, laser light having a high light intensity is incident on the input waveguide 21a from the outside as input light. If the input light deviates from the input waveguide 21a and is condensed on the resin 40, the resin 40 is decomposed and vaporized by the high energy of the laser light, and there is a possibility that a failure to reattach to the end face may occur. In particular, since the width of the optical waveguide of the modulator is as narrow as about several μm (for example, 1.5 μm), the input light tends to easily enter the resin. The reattached resin causes light absorption and scattering. As a result, optical loss may increase, leading to a decrease in incidence efficiency.

そこで、以下の実施形態では、樹脂の分解・気化を抑制することができる光半導体素子、光半導体素子の製造方法および光半導体素子の検査方法について説明する。   Therefore, in the following embodiments, an optical semiconductor element capable of suppressing decomposition and vaporization of resin, a method for manufacturing the optical semiconductor element, and an inspection method for the optical semiconductor element will be described.

(実施形態)
図3は、実施形態に係る変調器100の斜視図であり、図2に対応する図である。以下、図1および図2の変調器200と異なる点について説明する。なお、変調器200と同じ構成については、同じ符号を付すことによって説明を省略する。図3で例示するように、変調器100が変調器200と異なる点は、入力導波路21aの端面周辺において樹脂40が設けられていない点である。この構成により、側面および上面によって画定される入力導波路21aの端面周辺において、入力導波路21aの側面および上面が露出している。
(Embodiment)
FIG. 3 is a perspective view of the modulator 100 according to the embodiment, and corresponds to FIG. Hereinafter, differences from the modulator 200 of FIGS. 1 and 2 will be described. In addition, about the same structure as the modulator 200, description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol. As illustrated in FIG. 3, the modulator 100 is different from the modulator 200 in that the resin 40 is not provided around the end face of the input waveguide 21a. With this configuration, the side surface and the upper surface of the input waveguide 21a are exposed around the end surface of the input waveguide 21a defined by the side surface and the upper surface.

図4(a)は、入力導波路21aの端面図である。図4(a)で例示するように、入力導波路21aの端面において、入力導波路21aを中心として、所定の幅にわたって樹脂40が設けられていない。なお、樹脂40が設けられていない領域(以下、非樹脂領域)の幅は、特に限定されるものではない。例えば、非樹脂領域は、変調器100の一方の側端面から他方の側端面に至るまでの領域であってもよい。また、非樹脂領域は、入力導波路21aから、当該入力導波路21aに近い側の側端面に至る途中までの領域であってもよい。また、非樹脂領域は、入力導波路21aから入力導波路21bに至るまでもしくはその途中までの領域であってもよい。例えば、非樹脂領域は、入力導波路21aを中心として、両側に10μm以上の幅を有していることが好ましい。両側に25μm以上の幅を有していることがより好ましい。なお、非樹脂領域の幅は、外部機器からの入力導波路21aの端面に対する焦点の誤差以上としてもよい。   FIG. 4A is an end view of the input waveguide 21a. As illustrated in FIG. 4A, the resin 40 is not provided over a predetermined width around the input waveguide 21a on the end face of the input waveguide 21a. In addition, the width | variety of the area | region (henceforth non-resin area | region) in which the resin 40 is not provided is not specifically limited. For example, the non-resin region may be a region from one side end surface of the modulator 100 to the other side end surface. Further, the non-resin region may be a region from the input waveguide 21a to the middle of the side end surface on the side close to the input waveguide 21a. Further, the non-resin region may be a region from the input waveguide 21a to the input waveguide 21b or in the middle thereof. For example, the non-resin region preferably has a width of 10 μm or more on both sides with the input waveguide 21a as the center. More preferably, both sides have a width of 25 μm or more. Note that the width of the non-resin region may be equal to or greater than the focus error with respect to the end face of the input waveguide 21a from the external device.

図4(b)は、入力導波路21a周辺の上面図である。図4(b)で例示するように、入力導波路21aの端面から奥行き方向(入力導波路21aが延びる方向)に所定距離にわたって非樹脂領域が設けられている。なお、非樹脂領域の奥行き距離は、特に限定されるものではない。例えば、非樹脂領域は、入力導波路21aの端面から光カプラ22に至るまでもしくはその途中までにおける領域であってもよい。例えば、非樹脂領域は、入力導波路21aの端面から20μm以上の奥行き距離を有していることが好ましく、50μm以上の奥行き距離を有していることがより好ましい。なお、非樹脂領域の奥行き距離は、外部機器からの入力導波路21aの端面に対する焦点の誤差以上としてもよい。   FIG. 4B is a top view of the periphery of the input waveguide 21a. As illustrated in FIG. 4B, a non-resin region is provided over a predetermined distance from the end face of the input waveguide 21a in the depth direction (the direction in which the input waveguide 21a extends). In addition, the depth distance of a non-resin area | region is not specifically limited. For example, the non-resin region may be a region from the end face of the input waveguide 21a to the optical coupler 22 or in the middle thereof. For example, the non-resin region preferably has a depth distance of 20 μm or more from the end face of the input waveguide 21a, and more preferably has a depth distance of 50 μm or more. Note that the depth distance of the non-resin region may be equal to or greater than the focus error with respect to the end face of the input waveguide 21a from the external device.

本実施形態によれば、入力導波路21aの端面周辺において、樹脂40が設けられていない。この場合、入力導波路21aに入力される光が樹脂40において焦点をなすことが抑制され、樹脂40の分解・気化が抑制される。それにより、樹脂が入力導波路21aの端面などに再付着することが抑制される。その結果、光吸収や光散乱が抑制され、入射効率低下が抑制される。   According to this embodiment, the resin 40 is not provided around the end face of the input waveguide 21a. In this case, the light input to the input waveguide 21a is prevented from being focused on the resin 40, and decomposition / vaporization of the resin 40 is suppressed. This suppresses the resin from reattaching to the end face of the input waveguide 21a. As a result, light absorption and light scattering are suppressed, and a decrease in incident efficiency is suppressed.

(変形例)
図5は、変形例に係る変調器100aの斜視図である。変調器100aが変調器100と異なる点は、出力導波路25aの端面周辺においても、樹脂40が設けられていない点である。それにより、側面および上面によって画定される出力導波路25aの端面周辺において、出力導波路25aの側面および上面が露出している。このような構成では、出力導波路25aに光を入射しつつ変調器100の検査を行う場合などにおいて、樹脂40の分解・気化を抑制することができる。なお、出力導波路25aの端面周辺の非樹脂領域は、入力導波路21aの端面周辺の非樹脂領域と同様の形状を有していてもよい。また、非樹脂領域は、出力導波路25bの端面周辺に設けられていてもよい。
(Modification)
FIG. 5 is a perspective view of a modulator 100a according to a modification. The difference between the modulator 100a and the modulator 100 is that the resin 40 is not provided around the end face of the output waveguide 25a. Thereby, the side surface and the upper surface of the output waveguide 25a are exposed around the end surface of the output waveguide 25a defined by the side surface and the upper surface. In such a configuration, the decomposition / vaporization of the resin 40 can be suppressed when the modulator 100 is inspected while light is incident on the output waveguide 25a. The non-resin region around the end face of the output waveguide 25a may have the same shape as the non-resin region around the end face of the input waveguide 21a. Further, the non-resin region may be provided around the end face of the output waveguide 25b.

(製造方法)
続いて、変調器100の製造方法について説明する。図6(a)〜図6(f)は、図3のA−A線およびB−B線断面の一方の光導波路周辺における製造フロー図である。まず、図6(a)で例示するように、n型InPの基板10上に、有機金属気相成長法(MOVPE法)によりn型InPの下部クラッド層51、AlGaInAs井戸層およびAlInAsバリア層を含むMQWからなるコア層52、p型InPの上部クラッド層53、p+型InGaAsのコンタクト層54を含む結晶成長を行う。
(Production method)
Next, a method for manufacturing the modulator 100 will be described. FIG. 6A to FIG. 6F are manufacturing flow diagrams in the vicinity of one of the optical waveguides taken along the lines AA and BB in FIG. First, as illustrated in FIG. 6A, an n-type InP lower cladding layer 51, an AlGaInAs well layer, and an AlInAs barrier layer are formed on an n-type InP substrate 10 by metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE). Crystal growth including the MQW-containing core layer 52, the p-type InP upper cladding layer 53, and the p + -type InGaAs contact layer 54 is performed.

次に、図6(b)で例示するように、図6(a)の成長工程で得られたウェハ上に、例えば熱CVD法等を用いてSiO膜55を形成し、リソグラフィー法を用いて当該SiO膜55を光導波路の形状にパターニングする。次に、図6(c)で例示するように、SiO膜55をマスクとして用いて、塩素系反応性イオンエッチング(RIE)により下部クラッド層51、コア層52、上部クラッド層53およびコンタクト層54の加工を行い、メサを形成する。例えば、光導波路幅を1.5μmとし、メサ高さを3μmとする。 Next, as illustrated in FIG. 6B, an SiO 2 film 55 is formed on the wafer obtained in the growth step of FIG. 6A by using, for example, a thermal CVD method, and the lithography method is used. Then, the SiO 2 film 55 is patterned into the shape of an optical waveguide. Next, as illustrated in FIG. 6C, the lower cladding layer 51, the core layer 52, the upper cladding layer 53, and the contact layer are formed by chlorine-based reactive ion etching (RIE) using the SiO 2 film 55 as a mask. 54 is processed and a mesa is formed. For example, the optical waveguide width is 1.5 μm and the mesa height is 3 μm.

次に、図6(d)で例示するように、バッファードフッ酸を用いたウェットエッチングにより、SiO膜55を除去する。次に、図6(e)で例示するように、半導体表面保護のための新たなSiO膜56を、熱CVD法により形成する。次に、図6(f)で例示するように、樹脂40を6μmの厚さにスピン塗布して表面を平坦化し、300℃程度の高温でキュアを行い硬化させる。 Next, as illustrated in FIG. 6D, the SiO 2 film 55 is removed by wet etching using buffered hydrofluoric acid. Next, as illustrated in FIG. 6E, a new SiO 2 film 56 for protecting the semiconductor surface is formed by a thermal CVD method. Next, as illustrated in FIG. 6 (f), the resin 40 is spin-coated to a thickness of 6 μm to flatten the surface, and is cured by curing at a high temperature of about 300 ° C.

図7(a)〜図7(f)および図8(a)〜図8(d)は、図6(f)後の製造フロー図である。図7(a)〜図7(c)および図8(a)〜図8(b)は、図3のA−A線断面の変調導波路23a周辺に対応する。図7(d)〜図7(f)および図8(c)〜図8(d)は、図3のB−B線断面の入力導波路21a周辺に対応する。なお、進行波型電極31bおよび位相調整電極33a,33bが設けられた箇所における製造工程は、B−B線断面と共通する。   FIGS. 7A to 7F and FIGS. 8A to 8D are manufacturing flow diagrams after FIG. 6F. FIGS. 7A to 7C and FIGS. 8A to 8B correspond to the periphery of the modulation waveguide 23a on the AA line cross section of FIG. FIGS. 7D to 7F and FIGS. 8C to 8D correspond to the periphery of the input waveguide 21a on the BB line cross section of FIG. In addition, the manufacturing process in the location in which the traveling wave type electrode 31b and the phase adjustment electrodes 33a and 33b are provided is common to the cross section taken along the line BB.

図7(a)で例示するように、例えばCFとOとの混合ガスを用いたRIEにより、樹脂40に対してエッチングを行う。それにより、変調導波路23a上面のSiO膜56を露出させる。樹脂40の開口幅は、例えば10μm程度である。なお、図7(d)で例示するように、B−B線断面においては、マスクなどを形成することで、エッチングを行わない。 As illustrated in FIG. 7A, the resin 40 is etched by, for example, RIE using a mixed gas of CF 4 and O 2 . Thereby, the SiO 2 film 56 on the upper surface of the modulation waveguide 23a is exposed. The opening width of the resin 40 is, for example, about 10 μm. Note that, as illustrated in FIG. 7D, in the cross section taken along the line BB, etching is not performed by forming a mask or the like.

次に、図7(b)で例示するように、変調導波路23a上のSiO膜56を、フッ素RIEなどにより除去する。なお、図7(e)で例示するように、B−B線断面においては、マスクなどを形成することで、エッチングを行わない。次に、図7(c)および図7(f)で例示するように、ウェハ全面にわたってTi/Pt/Auのオーミック電極57を蒸着し、リフトオフする。 Next, as illustrated in FIG. 7B, the SiO 2 film 56 on the modulation waveguide 23a is removed by fluorine RIE or the like. Note that, as illustrated in FIG. 7E, in the cross section taken along the line BB, etching is not performed by forming a mask or the like. Next, as illustrated in FIGS. 7C and 7F, a Ti / Pt / Au ohmic electrode 57 is deposited over the entire surface of the wafer and lifted off.

次に、図8(a)および図8(c)で例示するように、変調導波路23a上のオーミック電極57上にAuメッキを行うことにより、例えば厚さ3μmの進行波型電極31aを形成する。進行波型電極31a以外の領域のオーミック電極57についてはミリングなどにより除去する。次に、図8(d)で例示するように、CFとOとの混合ガスを用いたRIEなどにより、光入力側の入力導波路21aの端面付近の樹脂40を除去する。なお、図8(b)で例示するように、入力導波路21aの端面付近以外の領域においては、マスクなどを用いてエッチングを行わない。その後、裏面工程、チップ劈開工程を経て、図3の変調器100が得られる。 Next, as illustrated in FIGS. 8A and 8C, the traveling wave electrode 31a having a thickness of 3 μm, for example, is formed by performing Au plating on the ohmic electrode 57 on the modulation waveguide 23a. To do. The ohmic electrode 57 in a region other than the traveling wave electrode 31a is removed by milling or the like. Next, as illustrated in FIG. 8D, the resin 40 in the vicinity of the end face of the input waveguide 21a on the light input side is removed by RIE using a mixed gas of CF 4 and O 2 . Note that, as illustrated in FIG. 8B, etching is not performed using a mask or the like in a region other than the vicinity of the end face of the input waveguide 21a. Thereafter, the modulator 100 of FIG. 3 is obtained through a back surface process and a chip cleaving process.

なお、進行波型電極31bおよび位相調整電極33a,33b変調導波路23bが設けられた光導波路は、図6(a)〜図6(f)、図7(a)〜図7(c)および図8(a)〜図8(b)と同様の工程により形成することができる。変形例に係る変調器100aにおいては、図6(a)〜図6(f)、図7(d)〜図7(f)および図8(c)〜図8(d)と同様の工程により、出力導波路25aの非樹脂領域を形成することができる。   The optical waveguide provided with the traveling wave electrode 31b and the phase adjustment electrodes 33a and 33b modulation waveguide 23b is shown in FIGS. 6 (a) to 6 (f), FIGS. 7 (a) to 7 (c), and It can be formed by a process similar to that shown in FIGS. In the modulator 100a according to the modified example, the same processes as in FIGS. 6A to 6F, FIGS. 7D to 7F, and FIGS. 8C to 8D are performed. The non-resin region of the output waveguide 25a can be formed.

(検査方法)
続いて、変調器の検査方法について説明する。一例として、変形例に係る変調器100aの検査方法について説明する。図9は、変調器100aの検査に用いる検査装置300の概略図である。図9で例示するように、進行波型電極31a,31bおよびグランド電極32と、電圧・電流計61とを配線により接続する。また、入力導波路21aに、複数のレンズ62を用いて、光ファイバ63を光結合させる。また、出力導波路25aを、複数のレンズ64を用いて、光ファイバ65に光結合させる。複数のレンズ62、光ファイバ63、複数のレンズ64および光ファイバ65は、それぞれが微動機構を有する棒などに把持されており、例えば、それぞれ±20μm程度の範囲を±1μm程度の精度で動かすことができる。
(Inspection method)
Next, a method for inspecting the modulator will be described. As an example, an inspection method of the modulator 100a according to the modification will be described. FIG. 9 is a schematic diagram of an inspection apparatus 300 used for inspection of the modulator 100a. As illustrated in FIG. 9, the traveling wave electrodes 31a and 31b and the ground electrode 32 are connected to the voltage / ammeter 61 by wiring. Further, the optical fiber 63 is optically coupled to the input waveguide 21a using a plurality of lenses 62. The output waveguide 25 a is optically coupled to the optical fiber 65 using a plurality of lenses 64. The plurality of lenses 62, the optical fiber 63, the plurality of lenses 64, and the optical fiber 65 are each held by a rod having a fine movement mechanism, and each moves within a range of about ± 20 μm with an accuracy of about ± 1 μm. Can do.

図10は、変調器100aの検査方法のフロー図である。以下、図9および図10を参照しつつ、変調器100aの検査方法について説明する。まず、p側の進行波型電極31a,31bとn側のグランド電極32との間に、電圧・電流計61を用いて、例えば−3Vの逆バイアス電圧を印加しつつ、電流を測定する(ステップS1)。入力導波路21aに光が入射していない状態では、ほとんど電流は流れない。   FIG. 10 is a flowchart of an inspection method for the modulator 100a. Hereinafter, an inspection method of the modulator 100a will be described with reference to FIGS. First, using a voltmeter / ammeter 61 between the p-side traveling wave electrodes 31a and 31b and the n-side ground electrode 32, for example, a current is measured while applying a reverse bias voltage of −3 V, for example ( Step S1). In a state where no light is incident on the input waveguide 21a, almost no current flows.

次に、入力導波路21aに、複数のレンズ62および光ファイバ63を近付け、複数のレンズ62、光ファイバ63および変調器100aを顕微鏡で観察しながら、入力導波路21aに光が入ると思われる位置に配置する(ステップS2)。このときには、入力導波路21aと複数のレンズ62の焦点の位置とは、±10μm程度のずれを含んでいる。   Next, it is considered that light enters the input waveguide 21a while the plurality of lenses 62 and the optical fiber 63 are brought close to the input waveguide 21a and the plurality of lenses 62, the optical fiber 63, and the modulator 100a are observed with a microscope. Arrange at the position (step S2). At this time, the input waveguide 21a and the focal positions of the plurality of lenses 62 include a deviation of about ± 10 μm.

次に、光ファイバ63に、検査用の光を入射する(ステップS3)。例えば波長が1.55μmで、光強度が0dBm〜+17dBm(例えば+13dBm)である。なお、光強度が10dBmを越える場合に集光点に樹脂に位置すると、樹脂の気化が懸念される。光が入力導波路21aに入射すると、進行波型電極31a,31bとグランド電極32との間に、フォトキャリアに起因する電流が流れる。そこで、電圧・電流計61を用いて電流を測定しながら、複数のレンズ62および光ファイバ63の位置を図8で例示するxyzの三方向に動かし、電流が最大になる場合の複数のレンズ62および光ファイバ63の位置を探す(ステップS4)。電流が最大になった位置で、複数のレンズ62および光ファイバ63を固定し、検査用の光を停止する(ステップS5)。電流が最大のとき、複数のレンズ62および光ファイバ63と入力導波路21aとの光結合が、最も良好になっている。   Next, inspection light is incident on the optical fiber 63 (step S3). For example, the wavelength is 1.55 μm, and the light intensity is 0 dBm to +17 dBm (for example, +13 dBm). If the light intensity exceeds 10 dBm and the resin is located at the light condensing point, there is a concern about resin vaporization. When light enters the input waveguide 21a, a current caused by photocarriers flows between the traveling wave electrodes 31a and 31b and the ground electrode 32. Therefore, while measuring the current using the voltmeter / ammeter 61, the positions of the plurality of lenses 62 and the optical fiber 63 are moved in the three directions xyz illustrated in FIG. And the position of the optical fiber 63 is searched (step S4). At the position where the current is maximized, the plurality of lenses 62 and the optical fiber 63 are fixed, and the inspection light is stopped (step S5). When the current is maximum, the optical coupling between the plurality of lenses 62 and the optical fiber 63 and the input waveguide 21a is the best.

ここで用いる複数のレンズ62の焦点距離は2mm〜3mm(例えば2mm)である。レンズの開口数NAは、0.2〜1程度(例えば0.5)である。変調器100aの端面に集光されるスポット径は2μm〜6μm(例えば3μm)である。+13dBm程度の高強度の光が3μmのスポット径の領域に集光されるので、集光された領域は高温になる。光を入射した時点では、集光点が入力導波路21aの位置から±10μm程度ずれた位置になる可能性があるが、変調器100aではこの範囲の樹脂40を除去してあるため、樹脂40に集光点が位置しない。   The focal lengths of the plurality of lenses 62 used here are 2 mm to 3 mm (for example, 2 mm). The numerical aperture NA of the lens is about 0.2 to 1 (for example, 0.5). The spot diameter condensed on the end face of the modulator 100a is 2 μm to 6 μm (for example, 3 μm). Since high-intensity light of about +13 dBm is focused on the 3 μm spot diameter region, the condensed region becomes high temperature. At the time when the light is incident, there is a possibility that the condensing point is shifted by about ± 10 μm from the position of the input waveguide 21a. However, since the resin 40 in this range is removed in the modulator 100a, the resin 40 The condensing point is not located.

次に、出力導波路25aにも同様の方法で、複数のレンズ64および光ファイバ65の位置調整を行う(ステップS6)。すなわち、出力導波路25aの近傍に、顕微鏡で観察しながら複数のレンズ64および光ファイバ65を配置し、光ファイバ65から検査用の光を入射する。それにより、出力導波路25aの端面の近傍に検査用の光が集光される。進行波型電極31a,31bとグランド電極32との間に流れる電流を電圧・電流計61で観測しながら、複数のレンズ64および光ファイバ65の位置を微調整し、電流が最大となる位置を探す。電流最大の位置で、複数のレンズ64および光ファイバ65を固定する。   Next, the position of the plurality of lenses 64 and the optical fiber 65 is adjusted in the same way for the output waveguide 25a (step S6). That is, a plurality of lenses 64 and an optical fiber 65 are arranged in the vicinity of the output waveguide 25 a while observing with a microscope, and inspection light is incident from the optical fiber 65. Thereby, the inspection light is collected near the end face of the output waveguide 25a. While observing the current flowing between the traveling wave type electrodes 31a and 31b and the ground electrode 32 with the voltmeter / ammeter 61, the positions of the plurality of lenses 64 and the optical fiber 65 are finely adjusted, and the position where the current becomes maximum is determined. look for. The plurality of lenses 64 and the optical fiber 65 are fixed at the position where the current is maximum.

次に、検査用の光を出力導波路25aに入射した状態で、光ファイバ63を、光検出器に接続する。進行波型電極31a,31bとグランド電極32との間の電圧を0V〜−10Vまでスイープしながら、光検出器で光の出力強度を測定する(ステップS7)。それにより、電圧と光出力特性との検査を行うことができる。以上の過程を経て、変調器100aの検査が終了する。当該検査方法によれば、樹脂40の分解・気化を抑制しつつ、変調器100aを検査することができる。なお、変調器100に対して当該検査方法により検査を行っても、光入力側において樹脂40の分解・気化を抑制しつつ、変調器100を検査することができる。   Next, the optical fiber 63 is connected to the photodetector in a state where the inspection light is incident on the output waveguide 25a. While sweeping the voltage between the traveling wave electrodes 31a and 31b and the ground electrode 32 from 0V to -10V, the output intensity of light is measured by the photodetector (step S7). As a result, the voltage and the light output characteristic can be inspected. Through the above process, the inspection of the modulator 100a is completed. According to the inspection method, the modulator 100a can be inspected while suppressing the decomposition / vaporization of the resin 40. Even when the modulator 100 is inspected by the inspection method, the modulator 100 can be inspected while suppressing decomposition and vaporization of the resin 40 on the light input side.

なお、上記例では、上面からコア層までストライプ状に形成されたハイメサ導波路を用いたInP系の変調器を例として説明したが、光入力用の導波路を有する他の光半導体素子(光スイッチ、導波路入射型受光素子、光アンプ、光集積素子など)にも、上記例を適用することができる。導波路形態は、上面から上部クラッド層までストライプ状に形成されたリッジ導波路であってもよい。   In the above example, an InP-based modulator using a high-mesa waveguide formed in a stripe shape from the upper surface to the core layer has been described as an example. However, other optical semiconductor elements having a light input waveguide (optical The above example can also be applied to a switch, a waveguide incident type light receiving element, an optical amplifier, an optical integrated element, and the like. The waveguide form may be a ridge waveguide formed in a stripe shape from the upper surface to the upper cladding layer.

1 変調器、10 基板、21a,21b 入力導波路、22 光カプラ、23a,23b 変調導波路、24 光カプラ、 25a,25b 出力導波路、31a,31b 進行波型電極、32 グランド電極、33a,33b 位相調整電極、40 樹脂、50 半導体層、51 下部クラッド層、52 コア層、53 上部クラッド層、54 コンタクト層、55 SiO膜、56 SiO膜、57 オーミック電極、61 電圧・電流計、62 レンズ、63 光ファイバ、64 レンズ、65 光ファイバ、100 変調器、200 変調器、300 検査装置 1 modulator, 10 substrate, 21a, 21b input waveguide, 22 optical coupler, 23a, 23b modulation waveguide, 24 optical coupler, 25a, 25b output waveguide, 31a, 31b traveling wave electrode, 32 ground electrode, 33a, 33b Phase adjustment electrode, 40 resin, 50 semiconductor layer, 51 lower clad layer, 52 core layer, 53 upper clad layer, 54 contact layer, 55 SiO 2 film, 56 SiO 2 film, 57 ohmic electrode, 61 voltage / ammeter, 62 lens, 63 optical fiber, 64 lens, 65 optical fiber, 100 modulator, 200 modulator, 300 inspection device

Claims (7)

基板上に形成され、側面および上面によって画定され、端面を有する導波路と、
前記基板上において前記導波路の側面および上面を覆い、前記導波路を埋め込む樹脂と、を備え、
前記導波路は、入力導波路と、光分岐部と、2本のアームと、光合波部と、出力導波路とを含むマッハツェンダ変調器を構成し、
前記導波路の側面および上面に前記樹脂が設けられていない非樹脂領域が、前記端面から前記導波路の延びる方向に所定距離にわたって延びる、光半導体素子。
A waveguide formed on a substrate and defined by side and top surfaces and having an end surface;
Covering the side and top surfaces of the waveguide on the substrate, and embedding the waveguide; and
The waveguide constitutes a Mach-Zehnder modulator including an input waveguide, an optical branching unit, two arms, an optical multiplexing unit, and an output waveguide,
An optical semiconductor element, wherein a non-resin region in which the resin is not provided on a side surface and an upper surface of the waveguide extends for a predetermined distance from the end surface in a direction in which the waveguide extends.
前記非樹脂領域は、前記入力導波路の端面から前記光分岐部に至るまでもしくは途中まで延びる、請求項1記載の光半導体素子。 The optical semiconductor element according to claim 1, wherein the non-resin region extends from an end face of the input waveguide to the optical branching portion or partway. 前記非樹脂領域は、前記出力導波路の端面から前記光合波部に至るまでもしくは途中まで延びる、請求項2記載の光半導体素子。   The optical semiconductor element according to claim 2, wherein the non-resin region extends from an end face of the output waveguide to the optical multiplexing unit or partway. 前記樹脂は、ベンゾシクロブテンである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の光半導体素子。   The optical semiconductor element according to claim 1, wherein the resin is benzocyclobutene. 前記非樹脂領域は前記導波路の両側にわたる領域である請求項1〜4のいずれか一項に記載の光半導体素子。  The optical semiconductor element according to claim 1, wherein the non-resin region is a region extending on both sides of the waveguide. 前記樹脂は前記導波路の上に開口部を有し、  The resin has an opening on the waveguide;
前記開口部に設けられ、前記導波路と接続される電極を備える請求項1〜5に記載の光半導体素子。  The optical semiconductor element according to claim 1, further comprising an electrode provided in the opening and connected to the waveguide.
基板上に、側面および上面によって画定されかつ端面を有する導波路を形成し、
前記基板上において前記導波路を樹脂で埋め込み、
前記端面から前記導波路の延びる方向に所定距離にわたって前記樹脂を除去し、
前記導波路は、入力導波路と、光分岐部と、2本のアームと、光合波部と、出力導波路とを含むマッハツェンダ変調器を構成し、
前記樹脂は前記導波路の側面および上面を覆い、前記所定距離において前記導波路の側面および上面に前記樹脂が設けられない、光半導体素子の製造方法。
Forming on the substrate a waveguide defined by side and top surfaces and having end faces;
Embedding the waveguide with resin on the substrate,
Removing the resin over a predetermined distance from the end face in the extending direction of the waveguide ;
The waveguide constitutes a Mach-Zehnder modulator including an input waveguide, an optical branching unit, two arms, an optical multiplexing unit, and an output waveguide,
The method of manufacturing an optical semiconductor element , wherein the resin covers a side surface and an upper surface of the waveguide, and the resin is not provided on the side surface and the upper surface of the waveguide at the predetermined distance .
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