(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレントミキサを作製する方法であって、
第１エリア及び第２エリアを含む主面を有する基板と、前記基板の前記第１エリア上に設けられIII−Ｖ化合物半導体からなる多モード干渉デバイスと、複数の導波路型フォトダイオードを含み前記基板の前記第２エリア上に設けられた受光デバイスと、前記多モード干渉デバイスに光学的に結合されておりIII−Ｖ化合物半導体からなる第１入力導波路と、前記多モード干渉デバイスに結合されておりIII−Ｖ化合物半導体からなる第２入力導波路と、前記多モード干渉デバイスを前記複数の導波路型フォトダイオードに光学的に、それぞれ、結合する複数の光導波路とを備える試行用基板生産物を準備する工程と、
前記試行用基板生産物の全体を覆うように保護膜を成長する工程と、
前記保護膜の加工により前記保護膜の一部分を除去して、前記加工された保護層を有する試行用コヒーレントミキサを作製する工程と、
前記試行用コヒーレントミキサの特性評価を行う工程と、
第１エリア及び第２エリアを含む主面を有する基板と、前記基板の前記第１エリア上に設けられIII−Ｖ化合物半導体からなる多モード干渉デバイスと、複数の導波路型フォトダイオードを含み、前記基板の前記第２エリア上に設けられた受光デバイスと、前記多モード干渉デバイスに光学的に結合されておりIII−Ｖ化合物半導体からなる第１入力導波路と、前記多モード干渉デバイスに結合されておりIII−Ｖ化合物半導体からなる第２入力導波路と、前記多モード干渉デバイスを前記複数の導波路型フォトダイオードに光学的に、それぞれ、結合する複数の光導波路とを備える基板生産物を準備する工程と、
前記基板生産物の全体を覆うように保護膜を成長する工程と、
前記保護膜を加工して、前記基板の前記第２エリア及び前記複数の導波路型フォトダイオードを覆うと共に前記基板の前記第１エリアに位置する開口を有する保護層を形成する工程と、
を備え、
前記保護層を形成する前記工程では、前記特性評価に基づき前記保護膜を加工して前記開口を形成し、
前記多モード干渉デバイスの表面の少なくとも一部分は、前記保護層の前記開口に露出されており、
前記多モード干渉デバイスは、前記基板の前記主面の法線軸の方向に順に配列された第１クラッド層、コア層及び第２クラッド層を含む半導体積層を有し、
前記光導波路は、III−Ｖ化合物半導体からなるコア層を含み、
前記導波路型フォトダイオードの各々は、III−Ｖ化合物半導体からなる受光層を含む、コヒーレントミキサを作製する方法。
【請求項２】
コヒーレントミキサを作製する方法であって、
第１エリア及び第２エリアを含む主面を有する基板と、前記基板の前記第１エリア上に設けられIII−Ｖ化合物半導体からなる多モード干渉デバイスと、複数の導波路型フォトダイオードを含み前記基板の前記第２エリア上に設けられた受光デバイスと、前記多モード干渉デバイスに光学的に結合されておりIII−Ｖ化合物半導体からなる第１入力導波路と、前記多モード干渉デバイスに結合されておりIII−Ｖ化合物半導体からなる第２入力導波路と、前記多モード干渉デバイスを前記複数の導波路型フォトダイオードに光学的に、それぞれ、結合する複数の光導波路とを備える試行用基板生産物を準備する工程と、
前記試行用基板生産物の全体を覆うように保護膜を成長する工程と、
前記保護膜の加工により前記保護膜の一部分を除去して、前記加工された保護層を有する試行用コヒーレントミキサを作製する工程と、
前記試行用コヒーレントミキサをサブマウント上に実装して、試行用コヒーレントミキサ装置を作製する工程と、
前記試行用コヒーレントミキサ装置の特性評価を行う工程と、
第１エリア及び第２エリアを含む主面を有する基板と、前記基板の前記第１エリア上に設けられIII−Ｖ化合物半導体からなる多モード干渉デバイスと、複数の導波路型フォトダイオードを含み、前記基板の前記第２エリア上に設けられた受光デバイスと、前記多モード干渉デバイスに光学的に結合されておりIII−Ｖ化合物半導体からなる第１入力導波路と、前記多モード干渉デバイスに結合されておりIII−Ｖ化合物半導体からなる第２入力導波路と、前記多モード干渉デバイスを前記複数の導波路型フォトダイオードに光学的に、それぞれ、結合する複数の光導波路とを備える基板生産物を準備する工程と、
前記基板生産物の全体を覆うように保護膜を成長する工程と、
前記保護膜を加工して、前記基板の前記第２エリア及び前記複数の導波路型フォトダイオードを覆うと共に前記基板の前記第１エリアに位置する開口を有する保護層を形成する工程と、
を備え、
前記保護層を形成する前記工程では、前記特性評価の結果に基づき前記保護膜を加工して前記開口を形成し、
前記多モード干渉デバイスの表面の少なくとも一部分は、前記保護層の前記開口に露出されており、
前記多モード干渉デバイスは、前記基板の前記主面の法線軸の方向に順に配列された第１クラッド層、コア層及び第２クラッド層を含む半導体積層を有し、
前記光導波路は、III−Ｖ化合物半導体からなるコア層を含み、
前記導波路型フォトダイオードの各々は、III−Ｖ化合物半導体からなる受光層を含む、コヒーレントミキサを作製する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コヒーレントミキサ、コヒーレントミキサ装置、及びコヒーレントミキサを作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には、モノリシックに集積された９０度ハイブリットが記載されている。この９０度ハイブリットはＩｎＰ系材料で作製される。また、この９０度ハイブリットでは、２×２ＭＭＩにおいて位相関係に精密さが求められるので、９０度ハイブリットに位相シフタを用いている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】R.  Kunkel  et  al.,  “First  monolithic  InP-based  90°-hybrid  OEIC  comprising  balanced  detectors  for  100GE  coherent frontends,”  IPRM2009,  TuB2.2
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
位相変調光通信方式における光受信器では、光信号の位相情報を抽出するために、信号光を参照光として局所発振光に混合するコヒーレントミキサが使用される。コヒーレントミキサは、化合物半導体やシリコン半導体を用いる光導波路を含む。位相変調光通信方式、例えばＱＰＳＫ方式では、コヒーレントミキサに９０度ハイブリッドが用いられる。
【０００５】
しかしながら、発明者らのコヒーレントミキサに関する検討によれば、コヒーレントミキサの評価特性は、設計値に対して予想よりも大きな偏差（チャネル間の出力差）及び位相ズレ（チャネル間の位相差）を示す。この原因は、製造時のばらつきに起因する外乱に因る、設計値からのずれであると考えられる。発明者は、この外乱の主要因について検討してきた。
【０００６】
本発明は、このような背景の下に為されたものであり、所望の偏差特性及び所望の位相特性に近づけることを可能にする構造を有するコヒーレントミキサを提供することにあり、またこのコヒーレントミキサを作製する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るコヒーレントミキサは、（ａ）第１エリア及び第２エリアを含む主面を有する基板と、（ｂ）前記基板の前記第１エリア上に設けられた多モード干渉デバイスと、（ｃ）複数の導波路型フォトダイオードを含み、前記基板の前記第２エリア上に設けられた受光デバイスと、（ｄ）前記多モード干渉デバイスに光学的に結合された第１入力導波路と、（ｅ）前記多モード干渉デバイスに光学的に結合された第２入力導波路と、（ｆ）前記多モード干渉デバイスを前記複数の導波路型フォトダイオードに光学的にそれぞれ結合する複数の光導波路と、（ｇ）前記基板の前記第１エリアに位置する開口を有すると共に前記基板の前記第２エリア及び前記複数の導波路型フォトダイオードを覆う保護層とを備える。前記多モード干渉デバイスの表面の少なくとも一部分は、前記保護層の前記開口に露出されており、前記多モード干渉デバイスは、前記基板の前記主面の法線軸の方向に順に配列された第１クラッド層、コア層及び第２クラッド層を含む半導体積層を有し、前記光導波路、前記第１入力導波路及び前記第２入力導波路の各々は、コア半導体層を含み、前記導波路型フォトダイオードの各々は、受光半導体層を含む。
【０００８】
また、本発明に係るコヒーレントミキサは、（ａ）第１エリア及び第２エリアを含む主面を有する基板と、（ｂ）前記基板の前記第１エリア上に設けられた多モード干渉デバイスと、（ｃ）前記多モード干渉デバイスに光学的に結合された第１入力導波路と、（ｄ）前記多モード干渉デバイスに光学的に結合された第２入力導波路と、（ｅ）前記多モード干渉デバイスに光学的に結合する第１出力導波路と、（ｆ）前記多モード干渉デバイスに光学的に結合する第２出力導波路と、（ｇ）前記基板の前記第１エリアに位置する開口を有すると共に前記基板の前記第２エリアを覆う保護層とを備える。前記多モード干渉デバイスの表面の少なくとも一部分は、前記保護層の前記開口に露出されており、前記多モード干渉デバイスは、前記基板の前記主面の法線軸の方向に順に配列された第１クラッド層、コア層及び第２クラッド層を含む半導体積層を有し、前記光導波路、前記第１入力導波路及び前記第２入力導波路の各々は、コア半導体層を含む。
【０００９】
このコヒーレントミキサでは、第１入力導波路及び第２入力導波路の一方に信号光が伝搬すると共に第１入力導波路及び第２入力導波路の他方に参照光が伝搬する。多モード干渉デバイスは、その入力ポートを介して、これらの光を第１入力導波路及び第２入力導波路から受ける。これら信号光及び参照光が多モード干渉デバイスに入力されると、多モード干渉デバイスにおいてこれら信号光及び参照光から多モードが生成されて、これらが互いに干渉することにより混合光がいくつの出力ポートの各々に生成される。混合光は、信号光及び参照光の位相差に応じた振幅を有する。出力ポートの各々からの出力光は、光導波路に出力され、例えば光導波路を介して受光デバイスに提供される。保護層は、導波路型フォトダイオードにおける光電変換特性を得るために、導波路型フォトダイオードの側面及び上面を覆う。
【００１０】
発明者の知見によれば、コヒーレントミキサの評価特性は、設計値に対して予想よりも大きな偏差及び位相ズレを示す。この原因は、製造時のばらつきに起因する外乱に因る、設計値からのずれであると考えられる。発明者の検討によれば、外乱の主要因は、多モード干渉デバイスを覆う保護層にある。これまで、保護層は、コヒーレントミキサの全体にわたって多モード干渉デバイス上も保護のために覆うことがよいと考えられてきた。しかしながら、コヒーレントミキサが、多モード干渉デバイスの表面の少なくとも一部分が保護層に開口に露出されている形態を有するとき、コヒーレントミキサの評価特性を、所望の偏差及び所望の位相ズレに近づけることができる。
【００１１】
本発明に係るコヒーレントミキサでは、前記多モード干渉デバイスはＭＭＩ型９０度ハイブリット及びカプラ編み込み型９０度ハイブリットの少なくともいずれかを含むことができる。
【００１２】
このコヒーレントミキサは、ＭＭＩ型９０度ハイブリット及びカプラ編み込み型９０度ハイブリットの少なくともいずれかを含む多モード干渉デバイスに適用できる。
【００１３】
本発明に係るコヒーレントミキサでは、前記多モード干渉デバイスはＭＭＩ型９０度ハイブリットを含むことができる。前記ＭＭＩ型９０度ハイブリットの上面及び側面の少なくとも一部分は、前記保護層から露出されていることが好ましい。
【００１４】
このコヒーレントミキサは、ＭＭＩ型９０度ハイブリットを含む多モード干渉デバイスに適用されることができる。ＭＭＩ型９０度ハイブリットにおいて、その上面及び側面の少なくとも一部分が保護層から露出されるとき、ＭＭＩ型９０度ハイブリットを用いるコヒーレントミキサにおいて、偏差及び位相ズレを所望の値に近づけることができる。
【００１５】
本発明に係るコヒーレントミキサでは、前記多モード干渉デバイスはカプラ編み込み型９０度ハイブリットを含むことができる。前記多モード干渉デバイスの前記カプラ編み込み型９０度ハイブリットは、前記第１入力導波路に接続された第１ＭＭＩと、前記第２入力導波路に接続された第２ＭＭＩと、第１内部導波路及び第２内部導波路を介してそれぞれ前記第１ＭＭＩ及び前記第２ＭＭＩに接続された第３ＭＭＩと、第３内部導波路及び第４内部導波路を介してそれぞれ前記第１ＭＭＩ及び前記第２ＭＭＩに接続された第４ＭＭＩとを含み、前記第３ＭＭＩは、前記複数の光導波路のうちの一光導波路を介して前記受光デバイスに接続されており、前記第４ＭＭＩは、前記複数の光導波路のうちの別の光導波路を介して前記受光デバイスに接続されており、前記第１ＭＭＩ、前記第２ＭＭＩ、前記第３ＭＭＩ及び前記第４ＭＭＩの少なくともいずれか一つは、前記開口に露出されていることができる。
【００１６】
このコヒーレントミキサは、カプラ編み込み型９０度ハイブリットを含む多モード干渉デバイスに適用されることができる。カプラ編み込み型９０度ハイブリットにおいて、第１ＭＭＩ〜第４ＭＭＩの少なくともいずれか一つが保護層の開口に露出されているとき、カプラ編み込み型９０度ハイブリットを用いるコヒーレントミキサにおいて、偏差及び位相ズレを所望の値に近づけることができる。
【００１７】
本発明に係るコヒーレントミキサでは、前記第１ＭＭＩ、前記第２ＭＭＩ、前記第３ＭＭＩ及び前記第４ＭＭＩのいずれか一つは、前記保護層に覆われていることができる。
【００１８】
このコヒーレントミキサがカプラ編み込み型９０度ハイブリットを含む形態において、第１ＭＭＩ〜第４ＭＭＩの少なくともいずれか一つが、保護層に覆われているとき、カプラ編み込み型９０度ハイブリットを用いるコヒーレントミキサにおいて、偏差及び位相ズレの値を調整できる。
【００１９】
本発明に係るコヒーレントミキサでは前記保護層はシリコン窒化物を備え、前記基板は半絶縁性のＩｎＰ基板を含み、前記光導波路の前記コア層は、ＩｎＧａＡｓＰを備え、前記導波路型フォトダイオードの前記受光半導体層はＩｎＧａＡｓを備えることができる。
【００２０】
このコヒーレントミキサが上記の構造を有するとき、コヒーレントミキサにおいて偏差及び位相ズレが変動し、また偏差及び位相ズレの値を調整できる。
【００２１】
本発明に係るコヒーレントミキサ装置は、（ａ）本件のいずれかに記載されたコヒーレントミキサと、（ｂ）前記コヒーレントミキサを搭載するサブマウントと、（ｃ）前記コヒーレントミキサと前記サブマウントを接合する半田部材とを備える。
【００２２】
このコヒーレントミキサ装置では、半田部材を用いてサブマウントを接合する際に、コヒーレントミキサに熱応力が加わる。上記のコヒーレントミキサによれば、実装の際の熱応力がコヒーレントミキサに加わるけれども、所望の偏差及び位相ズレの特性が低減されたコヒーレントミキサを提供できる。
【００２３】
本発明は、コヒーレントミキサを作製する方法に係る。この方法は、（ａ）第１エリア及び第２エリアを含む基板と、前記基板の前記第１エリア上に設けられIII−Ｖ化合物半導体からなる多モード干渉デバイスと、複数の導波路型フォトダイオードを含み、前記基板の前記第２エリア上に設けられた受光デバイスと、前記多モード干渉器に光学的に結合されておりIII−Ｖ化合物半導体からなる第１入力導波路と、前記多モード干渉デバイスに結合されておりIII−Ｖ化合物半導体からなる第２入力導波路と、前記多モード干渉デバイスを前記複数の導波路型フォトダイオードに光学的にそれぞれ結合する複数の光導波路とを備える基板生産物を準備する工程と、（ｂ）前記基板生産物の全体を覆うように保護膜を成長する工程と、（ｃ）前記保護膜を加工して、前記基板の前記第２エリア及び前記複数の導波路型フォトダイオードを覆うと共に前記基板の前記第１エリアに位置する開口を有する保護層を形成する工程とを備える。前記多モード干渉デバイスの表面の少なくとも一部分は、前記保護層の前記開口に露出されており、前記多モード干渉デバイスは、前記基板の前記主面の法線軸の方向に順に配列された第１クラッド層、コア層及び第２クラッド層を含む半導体積層を有し、前記光導波路は、III−Ｖ化合物半導体からなるコア層を含み、前記導波路型フォトダイオードの各々は、III−Ｖ化合物半導体からなる受光層を含む。
【００２４】
このコヒーレントミキサを作製する方法では、コヒーレントミキサが、多モード干渉デバイスの表面の少なくとも一部分が保護層に開口に露出されている形態を有するとき、コヒーレントミキサの評価特性を、所望の偏差及び所望の位相ズレに近づけることができる。
【００２５】
本発明に係る作製方法は、（ｄ）第１エリア及び第２エリアを含む基板と、前記基板の前記第１エリア上に設けられIII−Ｖ化合物半導体からなる多モード干渉デバイスと、複数の導波路型フォトダイオードを含み、前記基板の前記第２エリア上に設けられた受光デバイスと、前記多モード干渉器に光学的に結合されておりIII−Ｖ化合物半導体からなる第１入力導波路と、前記多モード干渉デバイスに結合されておりIII−Ｖ化合物半導体からなる第２入力導波路と、前記多モード干渉デバイスを前記複数の導波路型フォトダイオードに光学的にそれぞれ結合する複数の光導波路とを備える試行用基板生産物を準備する工程と、（ｅ）前記試行用基板生産物の全体を覆うように保護膜を成長する工程と、（ｆ）前記保護膜の加工により前記保護膜の一部分を除去して、前記加工された保護層を有する試行用コヒーレントミキサを作製する工程と、（ｇ）前記試行用コヒーレントミキサの特性評価を行う工程とを備えることができる。前保護層を形成する前記工程では、前記特性評価に基づき、前記保護膜を加工して前記開口を形成する。
【００２６】
このコヒーレントミキサを作製する方法では、試行用コヒーレントミキサの特性評価に基づき決定された条件（例えば、開口サイズ）でコヒーレントミキサの保護膜を加工して開口を形成するので、保護膜の影響を考慮して偏差及び位相ズレの変動が調整されたコヒーレントミキサを提供できる。作製されたコヒーレントミキサは所望の範囲の偏差の値及び位相ズレの値を有する。
【００２７】
本発明に係る作製方法は、（ｈ）第１エリア及び第２エリアを含む基板と、前記基板の前記第１エリア上に設けられIII−Ｖ化合物半導体からなる多モード干渉デバイスと、複数の導波路型フォトダイオードを含み、前記基板の前記第２エリア上に設けられた受光デバイスと、前記多モード干渉器に光学的に結合されておりIII−Ｖ化合物半導体からなる第１入力導波路と、前記多モード干渉デバイスに結合されておりIII−Ｖ化合物半導体からなる第２入力導波路と、前記多モード干渉デバイスを前記複数の導波路型フォトダイオードに光学的にそれぞれ結合する複数の光導波路を備える試行用基板生産物を準備する工程と、（ｉ）前記試行用基板生産物の全体を覆うように保護膜を成長する工程と、（ｊ）前記保護膜の加工により前記保護膜の一部分を除去して、前記加工された保護層を有する試行用コヒーレントミキサを作製する工程と、（ｋ）前記試行用コヒーレントミキサをサブマウント上に実装して、試行用コヒーレントミキサ装置を作製する工程と、（ｍ）前記試行用コヒーレントミキサ装置の特性評価を行う工程とを備えることができる。前保護層を形成する前記工程では、前記特性評価に基づき、記保護膜を加工して前記開口を形成する。
【００２８】
このコヒーレントミキサを作製する方法では、試行用コヒーレントミキサの特性評価に基づき決定された条件（例えば、開口サイズ）でコヒーレントミキサの保護膜を加工して開口を形成するので、保護膜の成膜の影響及び実装に起因する熱応力の影響を考慮して偏差及び位相ズレの変動が調整されたコヒーレントミキサを提供できる。作製されたコヒーレントミキサは所望の範囲の偏差の値及び位相ズレの値を有する。
【発明の効果】
【００２９】
以上説明したように、本発明によれば、所望の偏差特性及び所望の位相特性に近づけることが可能な構造を有するコヒーレントミキサが提供される。また、本発明によれば、所望の偏差特性及び所望の位相特性に近づけることができる構造を有するコヒーレントミキサを作製する方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、第１の実施形態に従うコヒーレントミキサ及びコヒーレントミキサ装置を概略的に説明する図面である。
【図２】図２は、表面の全体を保護層で覆ったコヒーレントミキサの評価結果を示す図面である。
【図３】図３は、コヒーレントミキサを作製するために作製した基板生産物の反りと、この基板生産物上のコヒーレントミキサの偏差との関係を示す図面である。
【図４】図４は、実施例に従うコヒーレントミキサの特性を示す図面である。
【図５】図５は、実施例に従うコヒーレントミキサの特性を示す図面である。
【図６】図６は、実施例に従うコヒーレントミキサの構造及び特性を示す図面である。
【図７】図７は、実施例に従うコヒーレントミキサの構造及び特性を示す図面である。
【図８】図８は、第２の実施形態に従うコヒーレントミキサ及びコヒーレントミキサ装置を概略的に説明する図面である。
【図９】図９は、実験例に従うコヒーレントミキサの構造及び特性を示す図面である。
【図１０】図１０は、実施例に従うコヒーレントミキサの構造及び特性を示す図面である。
【図１１】図１１は、実施例に従うコヒーレントミキサの構造及び特性を示す図面である。
【図１２】図１２は、コヒーレントミキサ１１を作製する方法に係る主要な工程を示す図面である。
【図１３】図１３は、コヒーレントミキサ１１を作製する方法に係る主要な工程を示す図面である。
【図１４】図１４は、コヒーレントミキサ１１を作製する方法に係る主要な工程を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
添付図面を参照しながら、本発明のコヒーレントミキサ、コヒーレントミキサ装置、及びコヒーレントミキサを作製する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００３２】
（第１実施の形態）
図１は、コヒーレントミキサ及びコヒーレントミキサ装置を概略的に説明する図面である。コヒーレントミキサ１１は、基板１３と、多モード干渉デバイス１５と、受光デバイス１７と、第１入力導波路１９と、第２入力導波路２１と、光導波路デバイス２３（光導波路２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ）と、保護層２５とを備える。基板１３は主面１３ａを有し、主面１３ａは第１エリア１３ｂ及び第２エリア１３ｃを含む。多モード干渉デバイス１５は、基板１３の第１エリア１３ｂ上に設けられる。受光デバイス１７は、基板１３の第２エリア１３ｂ上に設けられ、また受光デバイス１７は複数の導波路型フォトダイオード１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄを含む。第１入力導波路１９は、多モード干渉デバイス１５に光学的に結合される。第２入力導波路２１は、多モード干渉デバイスに光学的に結合される。多モード干渉デバイス１５は、受光デバイス１７に光導波路デバイス２３を介して光学的に結合される。受光デバイス１７は、本実施例では導波路型フォトダイオード１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄを含み、導波路型フォトダイオード１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄは、それぞれ、光導波路（出力光導波路）２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄに光学的に結合される。保護層２５は、基板１３の第２エリア１３ｃ及び複数の導波路型フォトダイオード１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄを覆い、また基板１３の第１エリア１３ｂに位置する開口２５ａを有する。
【００３３】
図１の（ａ）部に示されるように、多モード干渉デバイス１５の表面の少なくとも一部分が保護層２５の開口２５ａに露出されており、本実施例では、多モード干渉デバイス１５の表面の全てが保護層２５の開口２５ａに露出されている。図１の（ｂ）部に示されるように、多モード干渉デバイス１５は半導体積層２７を有しており、この半導体積層２７は、第１クラッド層３１、コア半導体層３３及び第２クラッド層３５を含む。また、第１クラッド層３１、コア半導体層３３及び第２クラッド層３５は、基板１３の主面１３ａの法線軸の方向に順に配列される。本実施例では、光導波路デバイス２３、第１入力導波路１９及び第２入力導波路２１の各々は第１クラッド層３１、コア半導体層３３及び第２クラッド層３５を含み、これらの層３１、３３、３５は基板１３の主面１３ａの法線軸の方向に順に配列される。
【００３４】
図１の（ｃ）部に示されるように、導波路型フォトダイオード１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄの各々は、半導体積層２９を有しており、この半導体積層２９は、第１クラッド層３７、受光半導体層３９及び第２クラッド層４１を含み、これらの層３７、３９、４１は基板１３の主面１３ａの法線軸の方向に順に配列される。半導体積層２９は、必要な場合には、コンタクト層４３を更に含むことができる。
【００３５】
このコヒーレントミキサ１１では、第１入力導波路１９及び第２入力導波路２１の一方に信号光Ｓが伝搬すると共に第１入力導波路１９及び第２入力導波路２１の他方に参照光Ｌが伝搬する。多モード干渉デバイス１５は、その入力ポート１４ａ、１４ｂを介して、これらの光Ｓ、Ｌをそれぞれ第１入力導波路１９及び第２入力導波路２１から受ける。これら信号光Ｓ及び参照光Ｌが多モード干渉デバイス１５に入力されると、多モード干渉デバイス１５においてこれら信号光Ｓ及び参照光Ｌから多モードが生成されて、これらが互いに干渉することにより混合光Ｍがいくつの出力ポート１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄの各々に生成される。混合光Ｍは、信号光Ｓ及び参照光Ｌの位相差に応じた振幅を有する。出力ポート１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄの各々からの出力光は、光導波路２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄを介して受光デバイス１７に提供される。保護層２５は、導波路型フォトダイオード１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄにおける光電変換特性を得るために、導波路型フォトダイオード１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄの側面１８ａ及び上面１８ｂを保護する。
【００３６】
発明者の知見によれば、コヒーレントミキサ１１と異なるコヒーレントミキサの特性の評価結果は、設計値に対して予想よりも大きな偏差及び位相ズレを示す。この原因は、製造時のばらつきに起因する外乱に因る、設計値からのずれであると考えられる。発明者の検討によれば、外乱の主要因は、多モード干渉デバイスを覆う保護層にある。これまで、保護層は、受光デバイス上だけでなく多モード干渉デバイス上も保護のために覆うことがよいと考えられてきた。
【００３７】
しかしながら、コヒーレントミキサ１１が、多モード干渉デバイス１５の表面の少なくとも一部分が保護層２５に開口２５ａに露出されている形態を有するとき、評価特性を所望の偏差及び所望の位相ズレに近づける構造を有するコヒーレントミキサ１１を得ることができる。
【００３８】
図１の（ｂ）部に示されるように、保護層２５は、基板１３の第１エリア１３ｂに位置する開口２５ａを有する。この形態の例示として以下のものがある。
【００３９】
第１例：第１エリア１３ｂの全て、多モード干渉デバイス１５、第１入力導波路１９及び第２入力導波路２が保護層２５に覆われることなく、露出されている。また、光導波路デバイス２３（光導波路２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ）は、多モード干渉デバイス１５に接続される第１部分と、受光デバイス１７に接続される第２部分とを含み、光導波路デバイス２３（光導波路２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ）の第１部分は、保護層２５に覆われることなく、露出されている。光導波路デバイス２３の受光デバイス１７に接続される第２部分は、保護層２５に覆われており、露出されていない。
【００４０】
第２例：第１エリア１３ｂにおける多モード干渉デバイス１５の全てが保護層２５に覆われることなく、露出されている。第１入力導波路１９及び第２入力導波路２１の各々は、コヒーレントミキサ１１の入力光を受ける端部を含む第１部分と、多モード干渉デバイス１５に接続された第２部分とを含む。第１入力導波路１９及び第２入力導波路２１の第１部分は、保護層２５に覆われており、露出されていない。第１入力導波路１９及び第２入力導波路２の第２部分は、保護層２５に覆われておらず、露出されている。また、光導波路デバイス２３（光導波路２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ）は、多モード干渉デバイス１５に接続される第１部分と、受光デバイス１７に接続される第２部分とを含み、光導波路デバイス２３（光導波路２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ）の第１部分は、保護層２５に覆われることなく、露出されている。光導波路デバイス２３の受光デバイス１７に接続される第２部分は、保護層２５に覆われており、露出されていない。
【００４１】
第３例：第１エリア１３ｂにおける多モード干渉デバイス１５の一部分が保護層２５に覆われることなく、露出されている。また、第１エリア１３ｂにおける多モード干渉デバイス１５の残り部分が保護層２５に覆われており、露出されていない。第１入力導波路１９及び第２入力導波路２１の全てが保護層２５に覆われており、露出されていない。光導波路デバイス２３の受光デバイス１７に接続される第２部分は、保護層２５に覆われており、露出されていない。
【００４２】
図１の（ｃ）部に示されるように、導波路型フォトダイオード１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄの各々は、半導体積層２９を有しており、この半導体積層２９は、第１クラッド層４３、受光半導体層４５及び第２クラッド層４７を含み、これらの層４３、４５、４９は基板１３の主面１３ａの法線軸の方向に順に配列される。半導体積層２９は、必要な場合には、コンタクト層４３を更に含むことができる。半導体積層２９の上面１８ｂ上には、電極４５（例えばｐ側電極）が設けられている。半導体積層２９において部分的に露出されたクラッド層３７の表面１８ｃには電極４７（例えばｎ側電極）が設けられている。第２エリア１３ｃ上においては、保護層２５は、半導体積層２９の上面１８ａ及びクラッド層３７の表面１８ｃに設けられたコンタクト開口２５ｂ、２５ｃを有する。
【００４３】
半導体積層２９の側面１８ａ及び上面１８ｂは保護層２５に覆われている。必要な場合には、半導体積層２９の側面１８ａ及び上面１８ｂはｉ型半導体層で覆われることが好ましい。保護層２５は、開口２５ａに加えて、半導体積層２９の上面１８ｂ及びクラッド層３７の部分的に露出された表面１８ｃにそれぞれ設けられた開口２５ｂ、２５ｃを有する。
【００４４】
コヒーレントミキサ１１では、多モード干渉デバイス１５はＭＭＩ型９０度ハイブリット及びカプラ編み込み型９０度ハイブリットの少なくともいずれかを含むことができる。このコヒーレントミキサ１１は、ＭＭＩ型９０度ハイブリット及びカプラ編み込み型９０度ハイブリットの少なくともいずれかを含む多モード干渉デバイスに適用されることができる。非特許文献１にも示されるように、コヒーレントミキサ１１では、多モード干渉デバイス１５はＭＭＩ型９０度ハイブリット及びカプラ編み込み型９０度ハイブリットの少なくともいずれかを含むことができる。これらの構造は、化合物半導体に係る半導体素子の製造方法の工程（例えば、エピタキシャル成長、フォトリソグラフィ、エッチング、絶縁膜のＣＶＤ成膜等）を用いて作製されることができる。
【００４５】
図１を参照すると、コヒーレントミキサ装置５１は、コヒーレントミキサ１１と、サブマウント５３と、半田部材５５を備える。コヒーレントミキサ１１はサブマウント５３の主面５３ａ上に搭載されている。コヒーレントミキサ１１とサブマウント５３はこれらの間の半田部材５５を介して接合される。
【００４６】
このコヒーレントミキサ装置５１では、半田部材５５を用いてサブマウント５３を接合する際に、コヒーレントミキサ１１に熱応力が加わる。上記のコヒーレントミキサ装置５１によれば、実装の際の熱応力がコヒーレントミキサ１１に加わるけれども、所望の偏差及び位相ズレの特性を低減できるコヒーレントミキサ１１を提供できる。
【００４７】
コヒーレントミキサ１１では、導波路型フォトダイオード１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄは、それぞれ、電流信号Ｉ１、Ｉ２、Ｑ１、Ｑ２を出力する。これらの電気信号は電気配線を介して信号処理回路５７に提供される。電流信号Ｉ１、Ｉ２、Ｑ１、Ｑ２の各々は、信号光Ｓ及び参照光Ｌの位相差に応じた振幅を有する。これらの信号から、信号処理回路５７は復調のための信号（Ｉ１−Ｉ２）及びその複素信号（Ｑ１−Ｑ２）を生成する。この生成が容易になるように、コヒーレントミキサ１１では、出力導波路２３を交差させている。
【００４８】
図２は、表面の全体を保護層（ＳｉＮ層）で覆ったコヒーレントミキサの評価結果を示す図面である。図２の（ａ）部を参照すると、１３５０ｎｍ以上１５７０ｎｍ以下の波長範囲における位相ずれ（縦軸）が示されている。図２の（ｂ）部を参照すると、１３５０ｎｍ以上１５７０ｎｍ以下の波長範囲における偏差（縦軸）が示されている。
【００４９】
ＭＭＩ型９０度ハイブリッドといった多モード干渉デバイス１５は、理想的には、ポート１４ａから入力された信号光とポート１４ｂから入力された局所発振光を干渉させて、干渉光を４つの出力ポート１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄにおける光の位相をそれぞれ９０度ずつずらした出力光Ｍを出力する。信号光Ｓと局所発振光Ｌの位相差に応じて、出力されるポートおよび光強度が変化するので、ＭＭＩ型９０度ハイブリッドは、信号光のもつ位相情報を強度情報に変換できる。これらの出力光Ｍはフォトダイオードに受光される。
【００５０】
しかしながら、理想的な構造から変位した差異をＭＭＩ型９０度ハイブリッドが含むようになるとき、この差異に起因して、信号光と局所発振光の位相差が正確に光強度に変換されず、クロストークや受信感度の低下につながる。この差異は、外観等から判断可能な形状的なものもあれば、外観からは判断できない原因に起因するものも考えられる。図２の（ｃ）部に示されるように、理想的なＱＰＳＫ信号を受信したとき、そのコンスタレーションでは、各シンボルが等間隔かつ、座標中心と各シンボルとの間の距離も等しくなる。コンスタレーションにおいて、各座標軸から離れてシンボルが位置することは、受信感度が良好であることを示す。チャネル間で偏差や位相ズレが発生したとき、図２の（ｄ）部及び図２の（ｅ）部に示されるように、各シンボルは理想的な位置からずれシンボル間距離も不均一になる。このコンスタレーションは受信感度の低下を示している。
【００５１】
図２の（ｃ）部、図２の（ｄ）部及び図２の（ｅ）部は、復調されたシンボルを示すコンスタレーションを示す。コンスタレーションにおいて、横軸は、復調された値の振幅を示し、縦軸は、復調された値の位相角を示す。図２の（ｃ）部を参照すると、復調された信号が偏差及び位相角に関して適切な値を有するとき、コンスタレーションにおけるシンボルの配置を示す。図２の（ｄ）部を参照すると、復調された信号が偏差を有するとき、コンスタレーションではシンボルが縦軸に沿った方向に変位することを示す。図２の（ｅ）部を参照すると、復調された信号が位相ズレを有するとき、コンスタレーションではシンボルが横軸に沿った方向に変位することを示す。これらのコンスタレーションは、コヒーレントミキサ１１の特性評価では、フォトダイオードからの電気信号が測定器を用いて生成される。
【００５２】
引き続き、本実施の形態に係るコヒーレントミキサを、その特性評価の結果を参照しながら説明する。このような評価において、以下の構造のコヒーレントミキサが準備或いは作製される。
【００５３】
一例のコヒーレントミキサ１１では保護層２５は例えばシリコン窒化物（例えばプラズマＳｉＮ）を備えることができる。基板１３は半絶縁性のＩｎＰ基板を含む。光導波路のコア層は、ＩｎＧａＡｓＰを備える。導波路型フォトダイオード１７の受光半導体層３９はＩｎＧａＡｓを備えることができる。このコヒーレントミキサ１１が上記の構造を有するとき、コヒーレントミキサにおいて偏差及び位相ズレが変動するし、また偏差及び位相ズレの値を調整できる。
【００５４】
導波路構造の一例。
半絶縁ＩｎＰ基板、ｉ−ＩｎＰ（厚さ１．２μｍ）／ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ（厚さ０．５μｍ、λｇ＝１．０５μｍ）、ｉ−ＩｎＰ（厚さ１．０μｍ）。これらはエピタキシャル成長により作製される。
導波路幅：２．５μｍ。
メサ高さ：２．３μｍ。
ＭＭＩ構造の一例。
層構造は導波路と同じ。
ＭＭＩ構造の幅：２０μｍ。
ＭＭＩ構造の長さ：８０６μｍ。
ＭＭＩ構造のメサ高さ：２．３μｍ。
ＰＤ構造の一例。
半絶縁ＩｎＰ基板、ｎ−ＩｎＰ（厚さ１．２μｍ、５×１０１８ｃｍ−３）、ｉ−ＩｎＧａＡｓ吸収層（厚さ０．５μｍ）、ｐ−ＩｎＰ（厚さ０．７μｍ、７×１０１７ｃｍ−３）、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層（厚さ０．３μｍ、１×１０１９ｃｍ−３。これらはエピタキシャル成長により作製される。
メサ側面を埋め込むｉ−ＩｎＰ保護層（０．３μｍ）。これはエピタキシャル成長により作製される。
ＰＤ幅：１２μｍ。
ＰＤ長：１２μｍ。
ＰＤメサ高さ：２．０μｍ。
メサ上部にｐ電極。
メサ底面にｎ電極。
保護層：ＳｉＮ保護層（厚さ：５００ｎｍ）
半導体素子作製後における加工中の導波路へのダメージ抑制のために、およびＰＤの信頼性・絶縁性確保のために、厚さ５００ｎｍのＳｉＮ保護層（好ましくは、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下）を成膜している。
【００５５】
図２は、入力ポートＬから光を入射したときのＩチャネル間（Ｉ２−Ｉ１）位相差（а）および偏差（ｂ）を示す。Ｃバンド内での位相ズレが最大−８度、偏差が−１ｄＢあることがわかる。理論的には位相ズレは０度、偏差は０ｄＢであるが、絶縁膜の応力によりＭＭＩの屈折率分布が一様ではなくなったため、ＭＭＩ内部での光の干渉が理想的な状態ではなくなり、位相ズレおよび偏差が生じたと考えられる。
【００５６】
コヒーレントミキサ１１では、多モード干渉デバイス１５はＭＭＩ型９０度ハイブリットを含むことができる。このＭＭＩ型９０度ハイブリットの上面及び側面（例えば）の少なくとも一部分は、保護層２４から露出されていることが好ましい。
【００５７】
このコヒーレントミキサは、ＭＭＩ型９０度ハイブリットを含む多モード干渉デバイスに適用されることができる。ＭＭＩ型９０度ハイブリットにおいて、その側面１５ａ及び上面１５ｂの少なくとも一部分が保護層から露出されるとき、ＭＭＩ型９０度ハイブリットを用いるコヒーレントミキサ１１において、偏差及び位相ズレを所望の値に近づけることができる。
【００５８】
また、図３は、コヒーレントミキサ１１を作製するために作製した基板生産物の反りと、この基板生産物上のコヒーレントミキサの偏差との関係を示す図面である。図３の評価は、発明者に、コヒーレントミキサにおける特性に係る課題が応力に関連していることを教示している。
【００５９】
ウエハの反り量と偏差の関係によれば、応力の異なるＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ２を保護用の被覆する絶縁膜として用いて、ウエハ（例えば３インチのサイズ）の反り量を意図的に変化させる（反り量の定義は、ウエハを平坦な場所に置いたときの、ウエハ外周（ウエハ淵から２ｍｍの位置）とウエハ中心の高さの差である）。この実験結果は、ウエハの反り量は膜応力と膜厚の積にほぼ比例することを示す。図３における横軸はＭＭＩにかかる応力と読み替えることができる。図３は、ＭＭＩにかかる応力が小さいほど偏差が小さくなる傾向にあり、ウエハの反りがゼロであるとき、つまり膜がないときに、ＭＭＩの偏差がほぼ解消されることを示す。
【００６０】
（実施例１）
この知見に基づいて、図４の（ａ）部に示されるように、このコヒーレントミキサでは、フォトダイオードを選択的に厚さ５００ｎｍのＳｉＮ膜で覆うと共に多モード干渉デバイス（フォトダイオード以外のデバイス）をＳｉＮ膜で選択的に覆わないようにＳｉＮ膜を部分的に除去する。図４の（ｂ）部及び（ｃ）部は、それぞれ、入力ポートＬから光を入射したときのＩチャネル間位相差及び偏差を示す。位相ズレの最大値は１．４度であり、偏差の最大値は０．２５ｄＢ程度である。これは、ほぼ許容可能な範囲であり、理想的な値に非常に近い。多モード干渉デバイス（フォトダイオード以外のデバイス）において、ＳｉＮ膜による応力がなくなったので、ＭＭＩの屈折率分布の均一性が高めされたと考えられる。ＭＭＩの特性を安定化させるには、ＭＭＩを覆う保護層を設けないことが有効であるを示す。一方、フォトダイオードは信頼性・絶縁性確保のために、保護層を設けている。
【００６１】
（実施例２）
実施例１におけるコヒーレントミキサをＡｌＮサブマウントにＡｕＳｎを用いて実装して、コヒーレントミキサ装置を作製する。実施例１と同様に位相ズレ及び偏差の評価をする。図５は、コヒーレントミキサ装置における位相ズレ及び偏差の評価結果を示す。コヒーレントミキサ装置の位相ズレが４度であり、コヒーレントミキサ装置の偏差が０．７ｄＢである。
【００６２】
（実施例３）
図６の（ａ）部に示すように、コヒーレントミキサのＭＭＩ部のＳｉＮ膜を一部分だけ除去したコヒーレントミキサを作製する。このＭＭＩ部は、入力ポートから出力ポートへの方向に配列された第１部分、第２部分及び第３部分を含む。第１部分は入力ポートを含み、第３部分は出力ポートを含む。第２部分は、ＳｉＮ膜で覆われていない。このコヒーレントミキサをＡｌＮサブマウントにＡｕＳｎを用いて実装して、コヒーレントミキサ装置を作製する。図６の（ｂ）部及び（ｃ）部は、この構造のコヒーレントミキサ装置の特性を示す。その特性が向上されて、位相ズレは１度以下であり、偏差は０．２５ｄＢである。
【００６３】
次いで、図７の（ａ）部に示されるように、このコヒーレントミキサ装置のコヒーレントミキサのＭＭＩ部のＳｉＮ膜をすべて除去した後に、コヒーレントミキサ装置の特性を評価する。図７の（ｂ）部及び（ｃ）部は、この構造のコヒーレントミキサ装置の特性を示す。位相ズレは２度以下であり、偏差は０．４ｄＢである。
【００６４】
コヒーレントミキサ装置を作製する際のＡｕＳｎ実装により、コヒーレントミキサのＭＭＩ部に応力が加わると考えられる。この応力がＭＭＩの特性を変化させていると考えられる。実施例１では、ＭＭＩ部上のＳｉＮ膜をすべて除去すれば理想的な位相・偏差にかなり近づけることができ、実施例２では、ＭＭＩ部上のＳｉＮ膜の一部を除去して、高い効果が得られる。この違いは、特性の改善は、ＭＭＩ部への応力の分布に依存していることを示す。
【００６５】
（第２実施の形態）
コヒーレントミキサ１１では、多モード干渉デバイス１５はカプラ編み込み型９０度ハイブリットを含むことができる。
【００６６】
図８は、カプラ編み込み型９０度ハイブリットを含むコヒーレントミキサを概略的に示す図面である。コヒーレントミキサ１１では、多モード干渉デバイス１５のカプラ編み込み型９０度ハイブリットは、第１ＭＭＩ（Ｎ１）、第２ＭＭＩ（Ｎ２）、第３ＭＭＩ（Ｎ３）、及び第４ＭＭＩ（Ｎ４）を含む。第１ＭＭＩ（Ｎ１）は、第１入力導波路６１に接続される。第２ＭＭＩ（Ｎ２）は、第２入力導波路６３に接続される。第３ＭＭＩ（Ｎ３）は、第１入力導波路６１及び第３入力導波路６５に接続される。第４ＭＭＩ（Ｎ４）は、第２入力導波路６３及び第４入力導波路６７に接続される。第３ＭＭＩ（Ｎ３）は、第１内部導波路６１及び第２内部導波路６３を介してそれぞれ第１ＭＭＩ（Ｎ１）及び第２ＭＭＩ（Ｎ２）に接続される。第４ＭＭＩ（Ｎ４）は、第３内部導波路６５及び第４内部導波路６７を介してそれぞれ第１ＭＭＩ（Ｎ１）及び第２ＭＭＩ（Ｎ２）に接続される。第３ＭＭＩ（Ｎ３）は、複数の光導波路２３ａ〜２３ｄのうちの一光導波路２３ａ、２３ｂを介して受光デバイス１７に接続されている。第４ＭＭＩ（Ｎ４）は、複数の光導波路２３ａ〜２３ｄのうちの別の光導波路２３ｃ、２３ｄを介して受光デバイスに接続されている。
【００６７】
第１ＭＭＩ（Ｎ１）は、信号光Ｓを第１内部導波路６１及び第３内部導波路６５に分配する。第２ＭＭＩ（Ｎ２）は、参照光Ｌを第２内部導波路６３及び第４内部導波路６７に分配する。第３ＭＭＩ（Ｎ３）は、第１ＭＭＩ（Ｎ１）からの分配された信号光Ｓ及び第２ＭＭＩ（Ｎ２）からの分配された参照光Ｌを受ける。第３ＭＭＩ（Ｎ３）は、これらの光Ｓ、Ｌの干渉から出力ポート１６ａ、１６ｂに一対の混合光を生成する。これらの混合光の一方はフォトダイオード１７ａに供給され、これらの混合光の他方はフォトダイオード１７ｂに供給される。第４ＭＭＩ（Ｎ４）は、第１ＭＭＩ（Ｎ１）からの分配された信号光Ｓ及び第２ＭＭＩ（Ｎ２）からの分配された参照光Ｌを受けて、これらの光Ｓ、Ｌの干渉から出力ポート１６ｃ、１６ｄに一対の混合光を生成する。第４ＭＭＩ（Ｎ４）は、これらの光Ｓ、Ｌの干渉から出力ポート１６ｃ、１６ｄに一対の混合光を生成する。これらの混合光の一方はフォトダイオード１７ｃに供給され、これらの混合光の他方はフォトダイオード１７ｄに供給される。
【００６８】
第１ＭＭＩ（Ｎ１）、第２ＭＭＩ（Ｎ２）、第３ＭＭＩ（Ｎ３）及び第４ＭＭＩ（Ｎ４）の少なくともいずれか一つは、保護層２５の開口２５ａに露出されていることができる。
【００６９】
このコヒーレントミキサ１１は、カプラ編み込み型９０度ハイブリットを含む多モード干渉デバイス１５に適用されることができる。カプラ編み込み型９０度ハイブリットにおいて、第１ＭＭＩ（Ｎ１）〜第４ＭＭＩ（Ｎ４）の少なくともいずれか一つが、保護層２５の開口２５ａに露出されているとき、カプラ編み込み型９０度ハイブリットを用いるコヒーレントミキサ１１において、偏差及び位相ズレを所望の値に近づけることができる。
【００７０】
本実施の形態に係るコヒーレントミキサ１１では、第１ＭＭＩ（Ｎ１）、第２ＭＭＩ（Ｎ２）、第３ＭＭＩ（Ｎ３）及び第４ＭＭＩ（Ｎ４）のいずれか一つは、保護層２５に覆われていることができる。このコヒーレントミキサ１１がカプラ編み込み型９０度ハイブリットを含む形態において、第１ＭＭＩ（Ｎ１）〜第４ＭＭＩ（Ｎ４）の少なくともいずれか一つが保護層２５に覆われているとき、カプラ編み込み型９０度ハイブリットを用いるコヒーレントミキサ１１において、偏差及び位相ズレの値を調整できる。
【００７１】
（実施例４）
図８は、ＰＤを集積すると共にされたカプラ編み込み型９０度ハイブリッドを含むコヒーレントミキサを示す。カプラ編み込み型９０度ハイブリッドは、第１の実施形態１と同じく、ポートＳから入力された信号光とポートＬから入力された局所発振光を干渉させ、４つの出力ポートにおける光の位相をそれぞれ９０度ずつずらして出力する機能をもつ。信号光Ｓ及び局部発振光Ｌはカプラ編み込み型９０度ハイブリッドの入力ポートに提供されて、カプラ編み込み型９０度ハイブリッドの出力ポートからは個々のＰＤに混合光が提供される。個々のＰＤは、電気信号Ｉ１、Ｉ２、Ｑ１、Ｑ２を生成する。信号光と局所発振光の位相差に応じて、光が出力されるポートおよび出力される光の強度が変化するので、信号光のもつ位相情報が強度情報に変換される。これらの信号をＰＤで受光できる。
【００７２】
導波路及びＰＤ部は第１の実施形態１と同じように構成されることができる。加工中の導波路へのダメージ抑制のために、およびＰＤの信頼性及び絶縁性を得るために、コヒーレントミキサに厚さ５００ｎｍのＳｉＮ膜を成膜する。
【００７３】
２×２ＭＭＩ構造の一例。
層構造は実施の形態１における導波路と同じ。
２×２ＭＭＩ構造の幅：６μｍ。
２×２ＭＭＩ構造の長さ：１５８μｍ。
２×２ＭＭＩ構造のメサ高さ：２．３μｍ。
【００７４】
図９の（а）部及び（ｂ）部は、それぞれ、カプラ編み込み型９０度ハイブリッドの全体をＳｉＮ膜で覆ったコヒーレントミキサにおいて評価されたＩチャネル間位相差および偏差を示す。図９を参照すると、Ｃバンド内での位相ズレの最大値が７．３度であり、偏差の最大値が１．５ｄＢある。理論的な位相ズレ及び偏差は、それぞれ、０度及び０ｄＢである。しかしながら、絶縁膜の応力によりＭＭＩの屈折率分布の一様性が崩れて、崩れた屈折率分布は、ＭＭＩ内部での光の干渉を乱した。これが、位相ズレおよび偏差の原因であると考えられる。
【００７５】
図１０の（ａ）部に示されるように、コヒーレントミキサのＳｉＮ層（保護層２５）は、フォトダイオードの全てを覆うと共に第１及び第２ＭＭＩ（Ｎ１、Ｎ２）の全てを覆う。一方、ＳｉＮ層は、第３及び第４ＭＭＩ（Ｎ３、Ｎ４）の全てを覆わないように設けられた開口（保護層２５の開口２５ａ）を有する。
【００７６】
図１０の（ｂ）部及び（ｃ）部は、それぞれ、ＭＭＩ（Ｎ３、Ｎ４）のみＳｉＮ層を除去したコヒーレントミキサの位相ズレ及び偏差の測定結果を示す。位相ズレの最大値は１．７度であり、偏差の最大値は０．５ｄＢである。多モード干渉デバイスの一部分、例えばＭＭＩ（Ｎ３、Ｎ４）にＳｉＮ膜による応力がないので、ＭＭＩの屈折率分布の均一性が向上されると考えられる。
【００７７】
図１１の（ａ）部に示されるように、コヒーレントミキサのＳｉＮ層（保護層２５）は、フォトダイオードの全てを覆うと共に第１〜第４ＭＭＩ（Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４）の全てを覆わないように設けられた開口（保護層２５の開口２５ａ）を有する。
【００７８】
図１１の（ｂ）部及び（ｃ）部は、それぞれ、ＭＭＩ（Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４）のＳｉＮ層を除去したコヒーレントミキサの位相ズレ及び偏差の測定結果を示す。図１０の（ｂ）部及び（ｃ）部と図１１の（ｂ）部及び（ｃ）部はとの比較から、ＳｉＮ層の除去したエリアを広げたことは、位相ズレ及び偏差ともにわずかに低減しているけれども、ＭＭＩ（Ｎ３、Ｎ４）のＳｉＮ膜を除去したコヒーレントミキサと比べてほとんど変化はない。このコヒーレントミキサでは、４つあるＭＭＩのうち後段の２個の応力が大きく、及び／又は後段の２個の屈折率変化が光の混合に大きく影響している。これらの結果から、９０度ハイブリッドを構成するすべてのＭＭＩからＳｉＮ膜を除去することに限定されない。
【００７９】
以上のように、コヒーレントミキサを構成する要素部品すべて、または一部のＳｉＮ膜を除去することで、位相ズレおよび偏差を調整することができる。ここでは保護層としてＳｉＮ膜を用いたが、保護層として、シリコン系無機絶縁膜（例えばＳｉＯ２、ＳｉＯＮ）、樹脂（例えばポリイミド、ＢＣＢ）等を用いることができ、それぞれの応力に応じた同様の調整が可能である。また、本実施の形態ではフォトダイオードを含むコヒーレントミキサを説明さたけれども、フォトダイオードを集積しないコヒーレントミキサでも同様の効果が期待できる。
【００８０】
図１２は、コヒーレントミキサ１１を作製する方法に係る主要な工程を示す図面である。引き続く説明において、デバイスは図１及び図２等に用いられる参照符号で示される。工程Ｓ１０１では、基板生産物を準備する。基板生産物は、基板１３と、多モード干渉デバイス１５とを備える。基板１３の主面１３ａは第１エリア１３ｂ及び第２エリア１３ｃを含む。多モード干渉デバイス１５は、基板１３の第１エリア１３ｂ上に設けられIII−Ｖ化合物半導体からなる。このコヒーレントミキサ１１は、ＭＭＩ型９０度ハイブリット及びカプラ編み込み型９０度ハイブリットの少なくともいずれかを含む多モード干渉デバイスに適用されることができる。これらの構造は、化合物半導体に係る半導体素子の製造方法の工程（例えば、ＭＯＣＶＤ法によるエピ成長、フォトリソグラフィ、エッチング、絶縁膜のＣＶＤ成膜等）を用いて作製されることができる。
【００８１】
必要な場合には、基板生産物は受光デバイス１７を含むことができ、受光デバイス１７は、複数の導波路型フォトダイオード１７ａから１７ｄを備える。基板１３の第２エリア１３ｃ上に設けられる。基板生産物は、また、第１入力導波路１９と、第２入力導波路２１と、複数の光導波路２３を含むことができる。この第１入力導波路１９は、多モード干渉デバイス１５に光学的に結合されておりIII−Ｖ化合物半導体からなる。第２入力導波路２１は、多モード干渉デバイス１５に結合されておりIII−Ｖ化合物半導体からなる。複数の光導波路２３ａ〜２３ｄは、それぞれ、多モード干渉デバイスを複数の導波路型フォトダイオード１７ａ〜１７ｄに光学的に結合される。
【００８２】
工程Ｓ１０２では、多モード干渉デバイス１５上に開口２５ａを有する保護層２５を形成する。このために、工程Ｓ１０３では、基板生産物の全体を覆うように保護膜を成長する。この保護膜を工程Ｓ１０４で加工（例えばエッチング）して、基板１３の第２エリア１３ｃを覆うと共に基板１３の第１エリア１３ｂに位置する開口２５ａを保護膜に形成して、保護層２５を形成する。多モード干渉デバイス１５の表面の少なくとも一部分は、保護層２５に開口２５ａに露出されている。多モード干渉デバイス１５は、基板１３の主面１３ａの法線軸の方向に順に配列された第１クラッド層、コア層及び第２クラッド層を含む半導体積層を有する。光導波路２３は、III−Ｖ化合物半導体からなるコア層を含む。
【００８３】
コヒーレントミキサが導波路型フォトダイオード１７ａ〜１７ｄを含むとき、保護層２５は、これら導波路型フォトダイオード１７ａ〜１７ｄを覆う。導波路型フォトダイオード１７ａ〜１７ｄの各々は、III−Ｖ化合物半導体からなる受光層を含む。
【００８４】
この作製方法では、コヒーレントミキサ１１が、多モード干渉デバイス１５の表面の少なくとも一部分が保護層２５に開口２５ａに露出されている形態を有するとき、コヒーレントミキサ１１の評価特性を、所望の偏差及び所望の位相ズレに近づけることができる。
【００８５】
図１３は、コヒーレントミキサ１１を作製する方法に係る主要な工程を示す図面である。工程２０１では、試行用基板生産物を準備する。試行用基板生産物は、基板１３及び多モード干渉デバイス１５を備え、基板生産物と実質的に同一の構造を有することができるが、特性評価に影響しない範囲で異なる構造を有することができる。基板１３の主面１３ａは第１エリア１３ｂ及び第２エリア１３ｃを含む。多モード干渉デバイス１５は、基板１３の第１エリア１３ｂ上に設けられIII−Ｖ化合物半導体からなる。このコヒーレントミキサ１１は、ＭＭＩ型９０度ハイブリット及びカプラ編み込み型９０度ハイブリットの少なくともいずれかを含む多モード干渉デバイスに適用されることができる。これらの構造は、化合物半導体に係る半導体素子の製造方法の工程（例えば、エピタキシャル成長炉、フォトリソグラフィ及びエッチング装置、絶縁膜のＣＶＤ装置等）を用いて作製されることができる。必要な場合には、基板生産物は受光デバイス１７を含むことができる。
【００８６】
工程Ｓ２０２では、基板生産物の全体を覆うように保護膜を成長する。工程Ｓ２０３では、保護膜の加工により護膜の一部分を除去して、加工された保護層を有する試行用コヒーレントミキサを作製する。保護膜の加工は、例えばエッチングにより行われる。工程Ｓ２０４では、作製された試行用コヒーレントミキサの特性評価を行う。工程Ｓ２０５では、特性評価に基づき加工条件を決定する。工程Ｓ２０６では、工程１００で行われるように、基板生産物を用いてコヒーレントミキサ１１を作製する。この作製において、保護層を形成する工程（工程Ｓ１０４）では、上記の特性評価に基づき決定された開口の位置及び開口のサイズ、絶縁膜の種類、絶縁膜の厚さ、絶縁膜の成膜方法等に従って、保護膜を加工して開口を形成する。この作製方法では、試行用コヒーレントミキサの特性評価に基づき、コヒーレントミキサの保護膜を加工して開口を形成するので、保護膜の影響を考慮して偏差及び位相ズレの変動が調整されたコヒーレントミキサを提供できる。作製されたコヒーレントミキサは所望の範囲の偏差の値及び位相ズレの値を有する。
【００８７】
図１４は、コヒーレントミキサ１１を作製する方法に係る主要な工程を示す図面である。工程３０１では、試行用基板生産物を準備する。試行用基板生産物は、基板１３及び多モード干渉デバイス１５を備え、基板生産物と実質的に同一の構造を有することができるが、特性評価に影響しない範囲で異なる構造を有することができる。このコヒーレントミキサ１１は、ＭＭＩ型９０度ハイブリット及びカプラ編み込み型９０度ハイブリットの少なくともいずれかを含む多モード干渉デバイスに適用されることができる。これらの構造は、化合物半導体に係る半導体素子の製造方法の工程（例えば、エピ成長工程、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程、絶縁膜のＣＶＤ成膜工程等）を用いて作製されることができる。必要な場合には、基板生産物は受光デバイス１７を含むことができる。
【００８８】
工程Ｓ３０２では、基板生産物の全体を覆うように保護膜を成長する。工程Ｓ３０３では、保護膜の加工により護膜の一部分を除去して、加工された保護層を有する試行用コヒーレントミキサを作製する。保護膜の加工は、例えばエッチングにより行われる。工程Ｓ３０４では、試行用コヒーレントミキサをサブマウント上に半田により実装して、試行用コヒーレントミキサ装置を作製する。工程Ｓ３０５では、作製された試行用コヒーレントミキサ装置の特性評価を行う。工程Ｓ３０６では、この特性評価に基づき加工条件を決定する。工程Ｓ３０７では、工程１００で行われるように、基板生産物を用いてコヒーレントミキサ１１を作製する。この作製において、保護層を形成する工程では、上記の特性評価に基づき決定された開口の位置及び開口のサイズ、絶縁膜の種類、絶縁膜の厚さ、絶縁膜の成膜方法等に従って、保護膜を加工して開口を形成する。コヒーレントミキサは、試行用の実装条件に従って決定された実装条件に従って実装されて、コヒーレントミキサ装置が作製される。この作製方法では、試行用コヒーレントミキサの特性評価に基づき、コヒーレントミキサ装置の保護膜を加工して開口を形成するので、保護膜の影響を考慮して偏差及び位相ズレの変動が調整されたコヒーレントミキサ装置を提供できる。作製されたコヒーレントミキサ装置は所望の範囲の偏差の値及び位相ズレの値を有する。
【００８９】
本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本実施の形態によれば、所望の偏差特性及び所望の位相特性に近づけることができる構造を有するコヒーレントミキサが提供される。また、本実施の形態によれば、所望の偏差特性及び所望の位相特性に近づけることができる構造を有するコヒーレントミキサを作製する方法を提供できる。
【符号の説明】
【００９１】
１１…コヒーレントミキサ、１３…基板、１３ａ…基板主面、１４ａ、１４ｂ…入力ポート、１５…多モード干渉デバイス、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ…出力ポート、１７…受光デバイス、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ…導波路型フォトダイオード、１９…第１入力導波路、２１…第２入力導波路、２３…光導波路デバイス、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ…光導波路、２５…保護層、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ…保護層開口、２７…半導体積層、２９…半導体積層、３１…第１クラッド層、３３…コア半導体層、３５…第２クラッド層、３７…第１クラッド層、３９…受光半導体層、４１…第２クラッド層、４３…コンタクト層、５１…コヒーレントミキサ装置、５３…サブマウント、５５…半田部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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