JPH1152312A - 半導体光機能素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 接合容量、電極の接触抵抗値の同時的な低減
を図ることにより、高速動作に適した安価な光導波路構
造を有する半導体光機能素子を提供する。 【解決手段】 上方および下方の両クラッド１４、１２
と該両クラッド間に配置されたコア１３とを有する光導
波路構造１５を備える。上方クラッド１４は光導波路を
横切る横断面で見て上端から下端へ向けて幅寸法Ｗ１お
よびＷ２を漸減する逆メサ形状を有し、コア１３の幅寸
法を、上方クラッドの上端における幅寸法Ｗ２にほぼ等
しく設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体光機能素子
およびその製造方法に関し、特に、低接合容量を有する
リブ型光導波路構造を有する半導体光機能素子およびそ
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信に用いられる半導体光機能素子の
光導波路は、半導体基板上に形成される上方および下方
の両クラッドと該両クラッド間に配置されたコアとで規
定される。この導波路構造の１つに、例えば、１９９７
年１１月８日に発行された「エレクトロニクス レター
ズ」第１５巻、第２３号、第７６３〜７６４頁に記載さ
れたリブ型光導波路構造がある。このリブ型光導波路構
造は、半導体基板上に、下方クラッド層、コア層および
上方クラッド層を含む積層構造体を形成後、上方クラッ
ド層が光導波路の長手方向へリブ状に残るように、エッ
チング処理することにより、埋め込み型に比較して容易
に形成することができる。

【０００３】このような光導波路構造は、その上方クラ
ッドの上面に上方電極が形成され、半導体基板の下面に
下方電極が形成され、例えば両電極間に印加される逆方
向電圧により、光変調器として利用することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような光素子の高
速動作のためには、接合容量の低減を図ると共に、上方
電極との接触抵抗値の低減を図ることが望ましい。しか
しながら、前記したような従来のリブ型光導波路構造で
は、光導波路の長手方向を横切る断面でみて、上方クラ
ッドは、単一モード波長を得るのに好適な幅寸法で、そ
の上端から下端に至る幅寸法がほぼ等しい矩形横断面形
状に形成されている。そのため、接合容量の低減を図る
ために、上方クラッドの幅寸法の低減を図ろうとする
と、必然的に上方電極との接触幅寸法も低減されること
から、前記した接合容量および前記した接触抵抗値の両
者を同時的に低減させることは、製造上、容易ではな
い。

【０００５】そこで、接合容量および上方電極の接触抵
抗値の両者の同時的な低減を図ることができ、しかも比
較的容易に製造することができ、これにより安価で高速
動作に適した光導波路構造を有する半導体光機能素子お
よびその製造方法が望まれていた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、以上の点を解
決するために、次の構成を採用する。 〈構成〉本発明に係る半導体光機能素子は、上方および
下方の両クラッドと該両クラッド間に配置されたコアと
を有する光導波路構造を備え、前記上方クラッドは光導
波路を横切る横断面で見て上端から下端へ向けて幅寸法
を漸減する逆メサ形状を有し、前記コアの幅寸法は、前
記上方クラッドの上端における幅寸法にほぼ等しいこと
を特徴とする。

【０００７】また、本発明に係る光機能素子の製造方法
は、半導体基板上に下方クラッド層、コア層、上方クラ
ッド層およびオーミックコンタクト層を積層すること、
該オーミックコンタクト層に形成された誘電体マスクを
エッチングマスクとしてオーミックコンタクト層を部分
的に除去した後、前記エッチングマスクを用いたエッチ
ングにより、残存したオーミックコンタクト層部分下に
逆メサ形状の上方クラッド層部分を形成すること、前記
エッチングマスクを用いたドライエッチングにより、前
記コア層の前記エッチングマスクからはみ出す領域を除
去することを含む光導波路構造の形成方法を含む。

【０００８】〈作用〉本発明に係る前記半導体光機能素
子では、光導波路構造を構成する上方クラッド、コアお
よび下方クラッドのうち、上方クラッドは、逆メサ形状
を有することから、上方電極が形成される上方クラッド
の上面を幅広に保持した状態で、上方クラッドとコアと
の接合面を単一モード導波に適するように絞り込むこと
ができ、また上方クラッドからの不純物のコアへの拡散
の有無に拘わらず、コアの幅寸法を接合容量の低減を図
るに十分に低減させることができる。

【０００９】従って、本発明によれば、接合容量および
上方電極の接触抵抗値の両者の同時的な低減を図ること
ができ、高速動作に適した光導波路構造を有する半導体
光機能素子が提供される。

【００１０】また、本発明に係る前記製造方法では、オ
ーミックコンタクト層に形成された誘電体マスクが、オ
ーミックコンタクト層の部分的な除去のためのエッチン
グ処理、残存したオーミックコンタクト層部分下の上方
クラッド層を逆メサ状に形成するためのエッチング処理
および前記コア層の部分的な除去のためのエッチング処
理の全てについて、エッチングマスクとして機能する。
この１枚のマスクによるエッチングマスク機能すなわち
セルフアラインにより、比較的容易かつ正確に本発明に
係る前記光導波路の形成が可能となる。従って、本発明
の方法によれば、比較的容易に均一性の高い製造プロセ
スを実現することができることから、本発明の半導体光
機能素子を高い歩留まりで安価に製造することが可能と
なる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
について詳細に説明する。 〈具体例〉図１は、本発明に係る光導波路構造を有する
半導体光機能素子を電界吸収型光強度変調器に適用した
例を示す。本発明に係る電界吸収型光強度変調器１０
は、図１に示されているように、例えばｎ型InＰ基板か
らなる半導体基板１１と、該半導体基板の上面部分１２
をｎ型InＰからなる下方クラッドとして、下方クラッド
１２上に形成された、例えば、不純物が添加されていな
い、いわゆるアンドープのInGaAsＰからなるコア１３
と、該コア上に形成された、例えばｐ型InＰからなる上
方クラッド１４とからなる光導波路構造１５を備える。

【００１２】図１は光導波路の長手方向を横切る電界吸
収型光強度変調器１０の横断面を示す。この図１から明
らかなように、上方クラッド１４では、コア１３に接す
る下端における幅寸法Ｗ１は、その上端における幅寸法
Ｗ２よりも小さい。そのため、上方クラッド１４は、そ
の上端から下端へ向けて、幅寸法を漸減する逆メサ形状
の横断面形状を有する。

【００１３】上方クラッド１４の上端面には、その上端
における幅寸法Ｗ２に等しい幅寸法を有する、例えばｐ
型InGaAsからなるオーミックコンタクト層１６が設けら
れている。また、上方クラッド１４の下端に接するコア
１３の幅寸法は、オーミックコンタクト層１６の幅寸法
Ｗ２にほぼ等しく設定されている。従って、コア１３
は、上方クラッド１４の下端からその両側へはみ出すよ
うに形成されている。

【００１４】上方クラッド１４の両側には、コア１３、
上方クラッド１４およびオーミックコンタクト層１６を
覆うように、例えばポリイミドからなる電気絶縁体１７
が保護膜として形成されている。この電気絶縁体１７と
して、他の有機絶縁材料を用いることができる。また、
後述する電極への配線接続上、短絡問題が生じなけれ
ば、この電気絶縁体１７を不要とすることができる。

【００１５】オーミックコンタクト層１６の上面には、
上方電極１８が形成され、半導体基板１１の下面には、
下方電極１９が形成されている。さらに、光導波路の図
示しない両端面には、従来の電界吸収型光強度変調器に
おけると同様なコーティング処理が施されている。

【００１６】電界吸収型光強度変調器１０では、従来よ
く知られているように、変調を受けた電圧が上方電極１
８および下方電極１９間に印加されると、この変調電圧
に応じた強度の光が、主としてコア１３を経て、前記端
面に導かれ、該端面から放出される。

【００１７】本発明に係る電界吸収型光強度変調器１０
では、上方クラッド１４が逆メサ形状を呈することか
ら、この光の高次光を排除するために、下端における幅
寸法Ｗ１を比較的小さな適正値に設定することができ、
しかもオーミックコンタクト層１６との接触面となる上
端における幅寸法Ｗ２をオーミックコンタクト層１６と
の接触抵抗の低減を図るに十分に大きな値に設定するこ
とができる。さらに、上方クラッド１４の形成時にその
不純物がコア１３に拡散すると、このコア１３の幅寸法
に比例して接合容量が増大するが、このコア１３の幅寸
法はオーミックコンタクト層１６の幅寸法に設定されて
いることから、例えコア１３に不純物拡散が生じていた
としても、従来に比較して接合容量をほぼ２０分の１以
下とすることができる。

【００１８】従って、本発明の電界吸収型光強度変調器
１０によれば、オーミックコンタクト層１６と上方クラ
ッド１４との接触抵抗の低減を図り、しかも接合容量の
低減を図ることにより、接触抵抗による発熱の低減、接
合容量の低減による高周波特性の改善を図ることができ
ることから、高速動作に有利であり、高次モード光を含
まない光変調が可能となる。

【００１９】前記した電界吸収型光強度変調器１０の製
造方法を、図２および図３に沿って説明する。図２
（ａ）に示されているように、ｎ型InＰからなる半導体
基板１１上に、ｎ型InＰからなる下方クラッド層１２、
アンドープのInGaAsＰからなるコア層１３、ｐ型InＰか
らなる上方クラッド層１４およびｐ型InGaAsからなるオ
ーミックコンタクト層１６が順次積層され、積層体２０
が形成される。半導体基板１１の結晶成長面として（１
００）面を用い、〈１００〉方向を結晶成長方向とする
ことが望ましい。

【００２０】積層体２０のオーミックコンタクト層１６
上に、フォトリソグラフィを用いて、図２（ｂ）に示す
ように、誘電体マスク２１がパターニングされる。この
誘電体マスク２１のパターニングでは、光導波路を図２
の紙面に対し直角な〈０１１〉方向に形成するために、
誘電体マスク２１は、オーミックコンタクト層１６の
（１００）面上を〈０１１〉方向へ伸長するように、形
成される。この誘電体マスク２１をエッチングマスクと
して、オーミックコンタクト層１６が例えば約４μｍの
幅寸法Ｗ２となるように、エッチング処理を受ける（図
２（ｂ）参照）。

【００２１】オーミックコンタクト層１６の誘電体マス
ク２１を用いたエッチング処理が終了すると、誘電体マ
スク２１をエッチングマスクとして、上方クラッド層１
４がウエットエッチング処理を受ける。上方クラッド層
１４のウエットエッチング処理では、エッチング液とし
て、例えば臭化水素および酢酸の混合液が用いられる。
所定の結晶方位と、このエッチング液との組み合わせに
より、図２（ｃ）に示すように、側壁が（１１１）Ａ面
からなる逆メサ形状を容易に形成することができる。上
方クラッド１４の下端における幅寸法Ｗ１は約２μｍで
ある。

【００２２】上方クラッド１４を逆メサ形状に形成した
後、図３（ｄ）に示されているように、誘電体マスク２
１をエッチングマスクとして、積層体２０に反応性イオ
ンエッチング装置を用いたドライエッチング処理が施さ
れる。

【００２３】このドライエッチング処理により、誘電体
マスク２１下に、この誘電体マスク２１に対応した形状
のコア１３が残される。上方クラッド層１４の不純物拡
散がコア１３を越えてその下方の下方クラッド層１２に
及んでいるとき、このドライエッチング処理により、下
方クラッド層１２の汚染層部分までを除去することが望
ましい。

【００２４】その後、図３（ｅ）に示されているよう
に、上方クラッド１４の両側を含む部分がポリイミドの
ような電気絶縁体１７により埋め込まれる。電気絶縁体
１７の形成後、誘電体マスク２１が除去され、図３
（ｆ）に示されているように、オーミックコンタクト層
１６に上方電極１８が形成され、また半導体基板１１の
下面に下方電極１９が形成される。両電極１８および１
９が形成された積層体２０は、所望の長さ寸法に切断さ
れ、その切断面に前記したコーティング処理が施され、
これにより、図１に示した電界吸収型光強度変調器１０
が形成される。

【００２５】本発明に係る前記製造方法によれば、単一
の誘電体マスク２１を用いて、その下のオーミックコン
タクト層１６、上方クラッド１４およびコア１３を所定
形状に形成することができる。従って、エッチング処理
ごとのマスクアライン作業を不要とすることができるこ
とから、均一性に優れた電界吸収型光強度変調器１０の
ための製造プロセスを極めて簡単に実現することがで
き、これにより、高歩留まりおよび低コストで電界吸収
型光強度変調器１０を製造することができる。

【００２６】図４〜図６は、図１に示した本発明に係る
電界吸収型光強度変調器１０の変形例をそれぞれ示す。
図４に示される電界吸収型光強度変調器１０では、下方
クラッド１２、コア１３、上方クラッド１４およびオー
ミックコンタクト層１６と、これらを覆う電気絶縁体１
７との間に、例えば酸化珪素あるいは窒化珪素のような
誘電体膜２２をパッシベーション膜として配置した例を
示す。この誘電体膜２２のパッシベーション作用によ
り、電界吸収型光強度変調器１０の耐久性の向上を図る
ことが可能となる。誘電体膜２２として、他の誘電体材
料を用いることができる。

【００２７】図５に示される電界吸収型光強度変調器１
０では、本体部分の逆メサ型上方クラッド１４の両側
に、それぞれ逆メサ形状の補助クラッド１４ａを形成
し、この補助クラッド１４ａに関連してコア１３、オー
ミックコンタクト層１６を形成することにより、製造工
程として、平面プロセスの導入が可能となる。

【００２８】図６に示される電界吸収型光強度変調器１
０は、図４および図５に示した変形例を併合させた例で
あり、図６の変形例によれば、平面プロセスを用いて耐
久性に優れた電界吸収型光強度変調器１０を得ることが
できる。

【００２９】前記したところでは、InＰおよびInGaAs、
InGaAsＰを半導体材料とする半導体電界吸収型光強度変
調器の例について説明したが、半導体材料として、その
他の種々の半導体材料を採用することができる。また、
結晶面および結晶方向あるいは半導体の導電型（ｐ型、
ｎ型）は、単なる例示に過ぎず、例示した特定の事項に
制限するものではない。

【００３０】さらに、光導波路に多重量子井戸構造を採
用することができ、また、本願発明は、レーザ、干渉型
光変調器、フォトダイオード、光増幅器、光フィルタ、
光スポットサイズ変換器等、種々の半導体光機能素子に
適用することができる。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、前記したように、上方
クラッドを逆メサ形状とすることにより、上方電極が形
成される上方クラッドの上面を幅広に保持した状態で、
上方クラッドとコアとの接合面を単一モード導波に適す
るように絞り込むことができ、また上方クラッドからの
不純物のコアへの拡散の有無に拘わらず、コアの幅寸法
を接合容量の低減を図るに十分に低い値に低減させるこ
とができることから、接合容量および上方電極の接触抵
抗値の両者の同時的な低減を図ることができ、これによ
り高速動作に適した光導波路構造を有する半導体光機能
素子が提供される。

【００３２】また、本発明の前記製造方法によれば、１
枚の誘電体マスクによるエッチングマスク機能すなわち
セルフアラインにより、比較的容易かつ正確に本発明に
係る前記光導波路の形成が可能となることから、比較的
容易に均一性の高い製造プロセスを実現することがで
き、これにより、本発明の前記半導体光機能素子を高い
歩留まりで安価に製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光導波路構造を備える半導体光機
能素子の具体例１を示す断面図である。

【図２】具体例１の製造方法を示す製造工程図（その
１）である。

【図３】具体例１の製造方法を示す製造工程図（その
２）である。

【図４】本発明に係る半導体光機能素子の変形例を示す
断面図である。

【図５】本発明に係る半導体光機能素子の他の変形例示
す断面図である。

【図６】本発明に係る半導体光機能素子のさらに他の変
形例を示す断面図である。

【符号の説明】

１０ （電界吸収型光強度変調器）半導体光機能素子 １１ 半導体基板 １２ 下方クラッド １３ コア １４ 上方クラッド １５ 光導波路構造 １６ オーミックコンタクト層 １７ 電気絶縁体 １８ 上方電極 １９ 下方電極 ２０ 積層体 ２１ 誘電体マスク

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上方および下方の両クラッドと該両クラ
   ッド間に配置されたコアとを有する光導波路構造を備え
   る半導体光機能素子であって、前記上方クラッドは光導
   波路を横切る横断面で見て上端から下端へ向けて幅寸法
   を漸減する逆メサ形状を有し、前記コアの幅寸法は、前
   記上方クラッドの上端における幅寸法にほぼ等しいこと
   を特徴とする半導体光機能素子。
2. 【請求項２】 半導体基板上に下方クラッド層、コア
   層、上方クラッド層およびオーミックコンタクト層を積
   層すること、該オーミックコンタクト層上に形成された
   誘電体マスクをエッチングマスクとしてオーミックコン
   タクト層を部分的に除去した後、前記エッチングマスク
   を用いたエッチングにより、残存したオーミックコンタ
   クト層部分下に逆メサ形状の上方クラッド層部分を形成
   すること、前記エッチングマスクを用いたドライエッチ
   ングにより、前記コア層の前記エッチングマスクからは
   み出す領域を除去することを含む光導波路構造の形成方
   法を含む半導体光機能素子の製造方法。