(57)【要約】【課題】光導波路にかかる応力の変化を抑制すること。【解決手段】基板１０上に設けられたアーム導波路２４ａ、２４ｂと、アーム導波路上に設けられた変調用電極３２と、アーム導波路上に設けられた位相調整用電極３６と、を含むマッハツェンダ変調器２０と、基板上にアーム導波路を埋め込んで設けられたＢＣＢ樹脂膜３０と、を備え、ＢＣＢ樹脂膜は、アーム導波路の側面に設けられた第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａと、第１のＢＣＢ樹脂膜よりもアーム導波路から離れて設けられた第２のＢＣＢ樹脂膜３０ｂと、を含み、赤外分光法によって得られた第１のＢＣＢ樹脂膜の赤外吸収スペクトルの１６５０ｃｍ−１以上且つ１９００ｃｍ−１以下の範囲における最大の吸収ピークは、第２のＢＣＢ樹脂膜の赤外吸収スペクトルの１６５０ｃｍ−１以上且つ１９００ｃｍ−１以下の範囲における最大の吸収ピークよりも大きい光半導体素子。【選択図】図３Ａ
2018028623.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられたメサ状の光導波路と、前記光導波路上に設けられ、前記光導波路を伝搬する光を変調する変調用電極と、前記光導波路上に前記変調用電極とは異なる位置に設けられ、前記光導波路を伝搬する前記光の位相を調整する位相調整用電極と、を含むマッハツェンダ変調器と、
前記基板上に前記光導波路を埋め込んで設けられたＢＣＢ樹脂膜と、を備え、
前記ＢＣＢ樹脂膜は、前記光導波路の側面に設けられた第１のＢＣＢ樹脂膜と、前記第１のＢＣＢ樹脂膜よりも前記光導波路から離れて設けられた第２のＢＣＢ樹脂膜と、を含み、
赤外分光法によって得られた前記第１のＢＣＢ樹脂膜の赤外吸収スペクトルの１６５０ｃｍ−１以上且つ１９００ｃｍ−１以下の範囲における最大の吸収ピークは、前記赤外分光法によって得られた前記第２のＢＣＢ樹脂膜の赤外吸収スペクトルの１６５０ｃｍ−１以上且つ１９００ｃｍ−１以下の範囲における最大の吸収ピークよりも大きい、光半導体素子。
【請求項２】
前記第１のＢＣＢ樹脂膜の前記赤外吸収スペクトルの１２００ｃｍ−１以上且つ１３００ｃｍ−１以下の範囲における最大の吸収ピークに対する１６５０ｃｍ−１以上且つ１９００ｃｍ−１以下の範囲における最大の吸収ピークの比は０．１以上である、請求項１に記載の光半導体素子。
【請求項３】
前記第２のＢＣＢ樹脂膜の前記赤外吸収スペクトルの１２００ｃｍ−１以上且つ１３００ｃｍ−１以下の範囲における最大の吸収ピークに対する１６５０ｃｍ−１以上且つ１９００ｃｍ−１以下の範囲における最大の吸収ピークの比は０．１より小さい、請求項１または２に記載の光半導体素子。
【請求項４】
前記第１のＢＣＢ樹脂膜と前記第２のＢＣＢ樹脂膜とを覆って設けられた無機絶縁膜を備え、
前記無機絶縁膜と前記変調用電極及び前記位相調整用電極との間に、前記第１のＢＣＢ樹脂膜が露出した隙間が設けられている、請求項１から３のいずれか一項に記載の光半導体素子。
【請求項５】
基板上にメサ状の２本の光導波路を形成する工程と、
前記基板上に、前記２本の光導波路を埋め込み且つ前記２本の光導波路の上面を露出するＢＣＢ樹脂膜を形成する工程と、
前記ＢＣＢ樹脂膜上に、前記２本の光導波路の上面及び前記２本の光導波路の上面の側方に位置する前記ＢＣＢ樹脂膜の上面をそれぞれ露出する無機絶縁膜を形成する工程と、
前記２本の光導波路上に、前記無機絶縁膜との間に前記ＢＣＢ樹脂膜の上面が露出する隙間を有するように、前記２本の光導波路を伝搬する光を変調する変調用電極及び前記２本の光導波路を伝搬する前記光の位相を調整する位相調整用電極を形成する工程と、
前記隙間から前記ＢＣＢ樹脂膜に酸素が供給される状態で前記ＢＣＢ樹脂膜に対して熱処理を行う工程と、
前記熱処理を行う工程の後、前記２本の光導波路を通過した光の位相差が所定の値となるように、前記位相調整用電極に印加する電圧を調整する工程と、を備える光半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光半導体素子及び光半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光に信号を乗せて光ファイバを伝送する光通信システムにおいて、光源から出射されたレーザ光を変調して光信号を生成するマッハツェンダ変調器が利用されている。例えば、光カプラの間に接続されたメサ状の２本の光導波路をＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）樹脂などの低誘電率材料からなる埋め込み部材で埋め込んだマッハツェンダ変調器が知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−８８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
メサ状の２本の光導波路がＢＣＢ樹脂膜で埋め込まれたマッハツェンダ変調器では、窒素が充填されたパッケージに収納して使用した場合においても、長時間の使用によって、窒素中に含まれるごく微量（例えば数百ｐｐｍ）の酸素に曝されたＢＣＢ樹脂膜が変質し、光導波路にかかる応力が変化する場合がある。光導波路にかかる応力が変化すると、光導波路の屈折率が変化してしまう。２本の光導波路にかかる応力の変化は互いに等しいとは限られないため、２本の光導波路間の光路長差が初期状態から変化してしまうことがある。
【０００５】
そこで、光導波路にかかる応力の変化を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願発明は、基板上に設けられたメサ状の光導波路と、前記光導波路上に設けられ、前記光導波路を伝搬する光を変調する変調用電極と、前記光導波路上に前記変調用電極とは異なる位置に設けられ、前記光導波路を伝搬する前記光の位相を調整する位相調整用電極と、を含むマッハツェンダ変調器と、前記基板上に前記光導波路を埋め込んで設けられたＢＣＢ樹脂膜と、を備え、前記ＢＣＢ樹脂膜は、前記光導波路の側面に設けられた第１のＢＣＢ樹脂膜と、前記第１のＢＣＢ樹脂膜よりも前記光導波路から離れて設けられた第２のＢＣＢ樹脂膜と、を含み、赤外分光法によって得られた前記第１のＢＣＢ樹脂膜の赤外吸収スペクトルの１６５０ｃｍ−１以上且つ１９００ｃｍ−１以下の範囲における最大の吸収ピークは、前記赤外分光法によって得られた前記第２のＢＣＢ樹脂膜の赤外吸収スペクトルの１６５０ｃｍ−１以上且つ１９００ｃｍ−１以下の範囲における最大の吸収ピークよりも大きい、光半導体素子である。
【０００７】
本願発明は、基板上にメサ状の２本の光導波路を形成する工程と、前記基板上に、前記２本の光導波路を埋め込み且つ前記２本の光導波路の上面を露出するＢＣＢ樹脂膜を形成する工程と、前記ＢＣＢ樹脂膜上に、前記２本の光導波路の上面及び前記２本の光導波路の上面の側方に位置する前記ＢＣＢ樹脂膜の上面をそれぞれ露出する無機絶縁膜を形成する工程と、前記２本の光導波路上に、前記無機絶縁膜との間に前記ＢＣＢ樹脂膜の上面が露出する隙間を有するように、前記２本の光導波路を伝搬する光を変調する変調用電極及び前記２本の光導波路を伝搬する前記光の位相を調整する位相調整用電極を形成する工程と、前記隙間から前記ＢＣＢ樹脂膜に酸素が供給される状態で前記ＢＣＢ樹脂膜に対して熱処理を行う工程と、前記熱処理を行う工程の後、前記２本の光導波路を通過した光の位相差が所定の値となるように、前記位相調整用電極に印加する電圧を調整する工程と、を備える光半導体素子の製造方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本願発明によれば、光導波路にかかる応力の変化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は実施例１に係る多値変調器の光導波路部分の平面図である。
【図２】図２は実施例１に係る多値変調器の平面図である。
【図３Ａ】図３Ａは図２のＡ−Ａ間の断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは図２のＢ−Ｂ間の断面図である。
【図４】図４は実施例１に係る多値変調器の製造方法を示す断面図（その１）である。
【図５】図５は実施例１に係る多値変調器の製造方法を示す断面図（その２）である。
【図６】図６は実施例１に係る多値変調器の製造方法を示す断面図（その３）である。
【図７】図７は実施例１に係る多値変調器の製造方法を示す断面図（その４）である。
【図８】図８は実施例１に係る多値変調器の製造方法を示す断面図（その５）である。
【図９】図９は実施例１に係る多値変調器の製造方法を示す断面図（その６）である。
【図１０Ａ】図１０Ａは赤外分光法で得られた第１のＢＣＢ樹脂膜の赤外吸収スペクトルである。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは赤外分光法で得られた第２のＢＣＢ樹脂膜の赤外吸収スペクトルである。
【図１１】図１１は比較例に係る多値変調器の断面図である。
【図１２】図１２はＢＣＢ樹脂膜に対する１７５℃での熱処理の時間と、位相調整用電極に供給する直流電圧の最適値と、の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［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。
本願発明は、基板上に設けられたメサ状の光導波路と、前記光導波路上に設けられ、前記光導波路を伝搬する光を変調する変調用電極と、前記光導波路上に前記変調用電極とは異なる位置に設けられ、前記光導波路を伝搬する前記光の位相を調整する位相調整用電極と、を含むマッハツェンダ変調器と、前記基板上に前記光導波路を埋め込んで設けられたＢＣＢ樹脂膜と、を備え、前記ＢＣＢ樹脂膜は、前記光導波路の側面に設けられた第１のＢＣＢ樹脂膜と、前記第１のＢＣＢ樹脂膜よりも前記光導波路から離れて設けられた第２のＢＣＢ樹脂膜と、を含み、赤外分光法によって得られた前記第１のＢＣＢ樹脂膜の赤外吸収スペクトルの１６５０ｃｍ−１以上且つ１９００ｃｍ−１以下の範囲における最大の吸収ピークは、前記赤外分光法によって得られた前記第２のＢＣＢ樹脂膜の赤外吸収スペクトルの１６５０ｃｍ−１以上且つ１９００ｃｍ−１以下の範囲における最大の吸収ピークよりも大きい、光半導体素子である。光導波路の側面にこのような第１のＢＣＢ樹脂膜を設けることで、光半導体素子を長時間使用した場合でも、光導波路にかかる応力が変化することを抑制できる。
【００１１】
前記第１のＢＣＢ樹脂膜の前記赤外吸収スペクトルの１２００ｃｍ−１以上且つ１３００ｃｍ−１以下の範囲における最大の吸収ピークに対する１６５０ｃｍ−１以上且つ１９００ｃｍ−１以下の範囲における最大の吸収ピークの比は０．１以上であってもよい。これにより、光導波路にかかる応力が変化することを効果的に抑制できる。
【００１２】
前記第２のＢＣＢ樹脂膜の前記赤外吸収スペクトルの１２００ｃｍ−１以上且つ１３００ｃｍ−１以下の範囲における最大の吸収ピークに対する１６５０ｃｍ−１以上且つ１９００ｃｍ−１以下の範囲における最大の吸収ピークの比は０．１より小さくてもよい。これにより、ＢＣＢ樹脂膜が基板から剥離することを抑制できる。
【００１３】
前記第１のＢＣＢ樹脂膜と前記第２のＢＣＢ樹脂膜とを覆って設けられた無機絶縁膜を備え、前記無機絶縁膜と前記変調用電極及び前記位相調整用電極との間に、前記第１のＢＣＢ樹脂膜が露出した隙間が設けられていてもよい。これにより、変質（酸化）した第１のＢＣＢ樹脂膜が得られ、且つ、光半導体素子の長時間使用による第２のＢＣＢ樹脂膜の変質（酸化）を抑制できる。
【００１４】
本願発明は、基板上にメサ状の２本の光導波路を形成する工程と、前記基板上に、前記２本の光導波路を埋め込み且つ前記２本の光導波路の上面を露出するＢＣＢ樹脂膜を形成する工程と、前記ＢＣＢ樹脂膜上に、前記２本の光導波路の上面及び前記２本の光導波路の上面の側方に位置する前記ＢＣＢ樹脂膜の上面をそれぞれ露出する無機絶縁膜を形成する工程と、前記２本の光導波路上に、前記無機絶縁膜との間に前記ＢＣＢ樹脂膜の上面が露出する隙間を有するように、前記２本の光導波路を伝搬する光を変調する変調用電極及び前記２本の光導波路を伝搬する前記光の位相を調整する位相調整用電極を形成する工程と、前記隙間から前記ＢＣＢ樹脂膜に酸素が供給される状態で前記ＢＣＢ樹脂膜に対して熱処理を行う工程と、前記熱処理を行う工程の後、前記２本の光導波路を通過した光の位相差が所定の値となるように、前記位相調整用電極に印加する電圧を調整する工程と、を備える光半導体素子の製造方法である。これによれば、長時間使用した場合でも光導波路にかかる応力の変化が抑制された光半導体素子を得ることができる。
【００１５】
［本願発明の実施形態の詳細］
本願発明の実施形態に係る光半導体素子及び光半導体素子の製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本願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及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。また、本願発明の効果がある限りにおいて他の成分が含まれていてもよい。
【実施例１】
【００１６】
図１は、実施例１に係る多値変調器１００の光導波路部分の平面図である。図１のように、実施例１の多値変調器１００は、基板１０上に、入力導波路１２、出力導波路１４、光カプラ１６ａ、１６ｂ、及び複数のマッハツェンダ変調器２０が設けられている。入力導波路１２、出力導波路１４、及び光カプラ１６ａ、１６ｂは、メサ状の光導波路からなる。光カプラ１６ａ、１６ｂは、ＭＭＩ（Multimode Interferometer）型の光カプラである。複数のマッハツェンダ変調器２０は、メサ状の光導波路の経路を組み合わせた構成をしている。入力導波路１２から入力された光は、光カプラ１６ａで分岐され、マッハツェンダ変調器２０を経由した後、光カプラ１６ｂで合波されて、出力導波路１４に出力される。多値変調器１００の大きさは、例えば１０ｍｍ×４ｍｍである。
【００１７】
マッハツェンダ変調器２０は、基板１０上に、２つの光カプラ２２ａ、２２ｂと、２つの光カプラ２２ａ、２２ｂの間に接続された２本のアーム導波路２４ａ、２４ｂと、を備える。光カプラ２２ａ、２２ｂ及びアーム導波路２４ａ、２４ｂは、メサ状の光導波路からなる。光カプラ２２ａは、入力導波路１２から入力された光を分岐する。２本のアーム導波路２４ａ、２４ｂは、光カプラ２２ａで分岐された光を伝搬する。光カプラ２２ｂは、２本のアーム導波路２４ａ、２４ｂを伝搬した光を合波する。光カプラ２２ａ、２２ｂは、ＭＭＩ型の光カプラである。
【００１８】
図２は、実施例１に係る多値変調器１００の平面図である。図２では、図１で説明した光導波路部分を細点線で図示している。図２のように、実施例１の多値変調器１００では、メサ状の光導波路がＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）樹脂膜３０によって埋め込まれている。
【００１９】
配線パターンは、変調用電極３２、グランド電極３４、及び位相調整用電極３６を含む。変調用電極３２は、マッハツェンダ変調器２０のアーム導波路２４ａ、２４ｂ上に設けられ、シグナル電極パッド３８に接続されている。グランド電極３４は、アーム導波路２４ａとアーム導波路２４ｂとの間上に設けられ、グランド電極パッド４０に接続されている。位相調整用電極３６は、マッハツェンダ変調器２０のアーム導波路２４ａ、２４ｂ上に変調用電極３２とは異なる位置に設けられ、ＤＣ電極パッド４２に接続されている。
【００２０】
変調用電極３２にシグナル電極パッド３８から高周波の電気信号が供給されると、グランド電極３４との間で高周波（例えば２０ＧＨｚ程度）の電気信号が流れる。これにより、アーム導波路２４ａ、２４ｂの屈折率が変化し、アーム導波路２４ａ、２４ｂを伝搬する光の位相が変化する。これにより、アーム導波路２４ａ、２４ｂを伝搬する光は位相変調を受けて、変調された光信号となって出力導波路１４に出力される。
【００２１】
位相調整用電極３６にＤＣ電極パッド４２から直流電圧が供給されると、アーム導波路２４ａ、２４ｂの屈折率が一定値だけシフトする。直流電圧の大きさは、変調用電極３２に供給される電気信号によってアーム導波路２４ａ、２４ｂを伝搬する光の変調が良好に行われるような値（最適値）に設定される。すなわち、アーム導波路２４ａ、２４ｂを伝搬する光が良好に変調されるように、位相調整用電極３６によってアーム導波路２４ａ、２４ｂを伝搬する光の位相が調整される。
【００２２】
位相調整用電極３６に供給される直流電圧の最適値は、アーム導波路２４ａ、２４ｂ間の光路長差に依存する。アーム導波路２４ａ、２４ｂ間の光路長差は、例えばアーム導波路２４ａ、２４ｂを伝搬する光の波長によって変化する。多値変調器１００は、例えば波長１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍの範囲で、第１の瞬間には第１の波長の光が入射され、別の第２の瞬間には波長が切り替って第２の波長の光が入射される。このため、入射される光の波長と供給する直流電圧の値との関係表を予め作成しておき、動作時にはこの関係表に基づいて直流電圧の値が決定される。また、アーム導波路２４ａ、２４ｂ間の光路長差は、アーム導波路２４ａ、２４ｂ間の温度差によっても変化する。このため、多値変調器１００はＴＥＣ（Thermo-electric Cooler）上に搭載されて一定の温度（例えば７０℃）に保たれて使用される。
【００２３】
図３Ａは、図２のＡ−Ａ間の断面図、図３Ｂは、図２のＢ−Ｂ間の断面図である。図３Ａ及び図３Ｂのように、例えば半絶縁性のＩｎＰ基板からなる基板１０上に、ｎ型ＩｎＰ（例えばＳｉが添加されたＩｎＰ）の下部クラッド層５０が設けられている。下部クラッド層５０上に、ＡｌＧａＩｎＡｓ井戸層及びＡｌＩｎＡｓバリア層を含む多重量子井戸構造をしたコア層５２が設けられている。コア層５２上に、ｐ型ＩｎＰ（例えばＺｎを添加したＩｎＰ）の上部クラッド層５４が設けられている。これにより、基板１０上に、メサ状の光導波路からなり、下部クラッド層５０を共通にして互いに電気的に接続されたアーム導波路２４ａ、２４ｂが設けられている。アーム導波路２４ａとアーム導波路２４ｂとの間隔は５０μｍ程度である。
【００２４】
基板１０上に、アーム導波路２４ａ、２４ｂを覆って、例えばＳｉＯ２膜からなる保護膜５６が設けられている。保護膜５６上に、アーム導波路２４ａ、２４ｂを埋め込み、第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａと第２のＢＣＢ樹脂膜３０ｂとを含むＢＣＢ樹脂膜３０が設けられている。第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａは、アーム導波路２４ａ、２４ｂの側面に設けられている。第２のＢＣＢ樹脂膜３０ｂは、第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａよりもアーム導波路２４ａ、２４ｂから離れて設けられている。例えば、第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａは、アーム導波路２４ａ、２４ｂから１００μｍ程度離れた部分までの領域に設けられている。第２のＢＣＢ樹脂膜３０ｂは、アーム導波路２４ａ、２４ｂから３００μｍ離れた部分から基板１０の端部との間の幅約１ｍｍの領域に設けられている。第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａは、例えばアーム導波路２４ａ、２４ｂの側面全面に設けられている。
【００２５】
第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａと第２のＢＣＢ樹脂膜３０ｂとは共にＢＣＢ樹脂で形成されているが、第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａは酸素を含む雰囲気中での熱処理によって変質（酸化）しているのに対し、第２のＢＣＢ樹脂膜３０ｂはほとんど変質（酸化）していない点で異なる。第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａと第２のＢＣＢ樹脂膜３０ｂの詳細については後述する。
【００２６】
保護膜５６及び第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａは、アーム導波路２４ａとアーム導波路２４ｂとの間に開口５８を有する。開口５８に、下部クラッド層５０の上面に接するｎ電極６４と、ｎ電極６４の上面に接するグランド電極３４が設けられている。したがって、下部クラッド層５０とグランド電極３４とは電気的に接続されている。
【００２７】
また、保護膜５６及び第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａは、アーム導波路２４ａ、２４ｂ上に開口６０を有する。開口６０に、上部クラッド層５４の上面に接するｐオーミック電極６６と、ｐオーミック電極６６の上面に接する変調用電極３２及び位相調整用電極３６が設けられている。したがって、上部クラッド層５４と変調用電極３２及び位相調整用電極３６とは電気的に接続されている。アーム導波路２４ａ、２４ｂの幅は１．５μｍ程度であり、ｐオーミック電極６６の幅は４μｍ程度である。このように、ｐオーミック電極６６の幅はアーム導波路２４ａ、２４ｂの幅よりも広いため、ｐオーミック電極６６は第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａの上面にも接している。
【００２８】
第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａ上及び第２のＢＣＢ樹脂膜３０ｂ上に、例えばＳｉＯＮ膜などの無機絶縁膜からなる保護膜６８が設けられている。保護膜６８とｐオーミック電極６６との間には、第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａの上面が露出する隙間７０が設けられている。隙間７０の幅（保護膜６８とｐオーミック電極６６との間の距離）は１μｍ程度である。なお、ｐオーミック電極６６の厚さは０．５μｍ程度で、変調用電極３２及び位相調整用電極３６の厚さは３μｍ程度で、保護膜６８の厚さは０．３μｍ程度である。
【００２９】
次に、実施例１に係る多値変調器１００の製造方法について説明する。図４から図９は、実施例１に係る多値変調器１００の製造方法を示す断面図である。図４のように、基板１０上に、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）を用いて、下部クラッド層５０、コア層５２、及び上部クラッド層５４を形成する材料の結晶成長を行う。その後、フォトリソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて、結晶成長した材料を加工し、メサ状の光導波路からなり、下部クラッド層５０、コア層５２、及び上部クラッド層５４を含むアーム導波路２４ａ、２４ｂを形成する。アーム導波路２４ａ、２４ｂの幅は１．５μｍ程度である。アーム導波路２４ａ、２４ｂのメサの高さは２μｍ程度である。その後、熱化学気相成長法（熱ＣＶＤ法）を用いて、基板１０及びアーム導波路２４ａ、２４ｂを覆う、厚さ０．３μｍ程度の保護膜５６を形成する。その後、ＢＣＢ樹脂膜３０を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。硬化後のＢＣＢ樹脂膜３０の厚さは４μｍ程度である。
【００３０】
図５のように、フォトリソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて、ＢＣＢ樹脂膜３０及び保護膜５６を除去して開口５８、６０、６２を形成する。開口５８は、アーム導波路２４ａとアーム導波路２４ｂとの間に形成され、下部クラッド層５０の上面を露出する。開口６０は、アーム導波路２４ａ、２４ｂ上に形成され、上部クラッド層５４の上面及びＢＣＢ樹脂膜３０の上面を露出する。開口６０の幅は１０μｍ程度である。開口６２は、多値変調器の端部となる部分に形成され、基板１０の上面を露出する。その後、蒸着法及びリフトオフ法を用いて、開口５８に下部クラッド層５０の上面に接するｎ電極６４を形成し、開口６０に上部クラッド層５４の上面に接するｐオーミック電極６６を形成する。ｐオーミック電極６６の幅は４μｍ程度であるため、ｐオーミック電極６６の側方ではＢＣＢ樹脂膜３０の上面が露出する。
【００３１】
図６のように、熱ＣＶＤ法を用いて、ＢＣＢ樹脂膜３０を覆う厚さ０．３μｍ程度の保護膜６８を形成する。保護膜６８は、ｎ電極６４、ｐオーミック電極６６、及び多値変調器の端部となる部分で露出した基板１０も覆う。
【００３２】
図７のように、フォトリソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて、開口５８、６０、６２での保護膜６８を除去する。これにより、ｎ電極６４の上面、ｐオーミック電極６６の上面、及び多値変調器の端部となる部分での基板１０の上面が露出される。また、ｐオーミック電極６６上では６μｍ程度の幅で保護膜６８が除去されるため、保護膜６８とｐオーミック電極６６との間にＢＣＢ樹脂膜３０を露出する１μｍ程度の幅の隙間７０が形成される。
【００３３】
図８のように、めっき法を用いて、ｐオーミック電極６６上に変調用電極３２及び位相調整用電極３６（図８では不図示）を形成し、ｎ電極６４上にグランド電極３４を形成する。その後、基板１０を劈開して、複数のチップに分離する。チップ化した後に、蒸着法を用いて、光の入力端面及び出力端面に、誘電体多層膜を含み、低反射膜である端面膜（不図示）を形成する。
【００３４】
図９のように、酸素を含む雰囲気中（例えば大気雰囲気中）にチップを配置し、酸素分圧：２００ｈＰａ、温度：１７５℃、時間：３１０時間の熱処理を行う。この熱処理によって、保護膜６８とｐオーミック電極６６との間の隙間７０から酸素が供給されてＢＣＢ樹脂膜３０が変質（酸化）し、アーム導波路２４ａ、２４ｂの周りにＢＣＢ樹脂膜３０が変質（酸化）した第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａが形成される。また、隙間７０から遠く離れた領域までは酸素が供給されないため、アーム導波路２４ａ、２４ｂから離れた箇所のＢＣＢ樹脂膜３０は変質（酸化）せずに、第２のＢＣＢ樹脂膜３０ｂとして残る。熱処理を行った後、位相調整用電極３６に印加する電圧の最適値の測定を含む出荷検査を行う。例えば、変調のための電気信号を入力しない状態でアーム導波路２４ａ、２４ｂを通過した光の位相がπだけずれるように、位相調整用電極３６への印加電圧を調整する。これを光の波長を変えながら行い、各波長に対する最適値をテーブルに記録する。多値変調器１００を動作させる際には、テーブルに記録された電圧値を位相調整用電極３６に印加する。
【００３５】
ここで、第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａと第２のＢＣＢ樹脂膜３０ｂについて行った顕微全反射赤外分光法による評価について説明する。図１０Ａは、赤外分光法で得られた第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａの赤外吸収スペクトルである。図１０Ｂは、赤外分光法で得られた第２のＢＣＢ樹脂膜３０ｂの赤外吸収スペクトルである。図１０Ａ及び図１０Ｂにおいて、横軸は波数、縦軸は赤外線吸収強度である。
【００３６】
図１０Ａ及び図１０Ｂのように、第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａ及び第２のＢＣＢ樹脂膜３０ｂは共に、１２００ｃｍ−１以上且つ１３００ｃｍ−１以下の波数範囲に、同程度の大きな吸収ピークを有する。１２５４ｃｍ−１近傍の吸収ピークは、ＢＣＢ樹脂の骨格を構成する結合の振動に帰属するものであり、酸素を含む雰囲気中での熱処理による変質（酸化）にはあまり影響を受けない。一方、１６５０ｃｍ−１以上且つ１９００ｃｍ−１以下の波数範囲では、第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａは吸収ピークを有するのに対し、第２のＢＣＢ樹脂膜３０ｂは吸収ピークをほとんど有さない。１６５０ｃｍ−１以上且つ１９００ｃｍ−１以下の吸収ピークは、炭素Ｃと酸素Ｏの二重結合（Ｃ＝ＯやＣＯＯＨに含まれるＣとＯの二重結合）に帰属するものであり、酸素を含む雰囲気中での熱処理による変質（酸化）の影響を受けたものである。
【００３７】
このように、酸素を含む雰囲気中での熱処理によって変質した第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａは、赤外吸収スペクトルの１６５０ｃｍ−１以上且つ１９００ｃｍ−１以下の範囲で吸収ピークを有する。一方、変質していない第２のＢＣＢ樹脂膜３０ｂは、赤外吸収スペクトルの１６５０ｃｍ−１以上且つ１９００ｃｍ−１以下の範囲で吸収ピークをほとんど有さない。
【００３８】
次に、実施例１の多値変調器１００の効果を説明するにあたり、比較例の多値変調器について説明する。図１１は、比較例に係る多値変調器５００の断面図である。図１１のように、比較例の多値変調器５００では、アーム導波路２４ａ、２４ｂは変質（酸化）していないＢＣＢ樹脂膜８０で埋め込まれている。ＢＣＢ樹脂膜８０上には保護膜が設けられていない。その他の構成は、実施例１と同じであるため説明を省略する。
【００３９】
比較例の多値変調器５００では、アーム導波路２４ａ、２４ｂを埋め込むＢＣＢ樹脂膜８０が変質してなく、且つ、ＢＣＢ樹脂膜８０上に保護膜が設けられていない。このため、多値変調器５００を長時間使用すると、ＢＣＢ樹脂膜８０が酸素を含む雰囲気中に長時間曝されてＢＣＢ樹脂膜８０が変質（酸化）してしまい、ＢＣＢ樹脂膜８０の体積が変化することが生じる。例えば、多値変調器５００を窒素雰囲気のパッケージに収納し７０℃程度の温度で長時間使用した場合でも、パッケージ内に僅かに存在する酸素によって、ＢＣＢ樹脂膜３０の変質が生じてしまう。ＢＣＢ樹脂膜３０が変質して体積が変化すると、アーム導波路２４ａ、２４ｂにかかる応力が変化する。これにより、アーム導波路２４ａ、２４ｂの屈折率が変化し、アーム導波路２４ａ、２４ｂ間の光路長差が初期状態から変化してしまう。このため、位相調整用電極３６に印加する電圧の最適値が記載されたテーブルを参照して位相調整用電極３６に電圧を印加しても、アーム導波路２４ａ、２４ｂを伝搬する光の位相を適切に調整できない場合がある。
【００４０】
一方、実施例１では、アーム導波路２４ａ、２４ｂを埋め込むＢＣＢ樹脂膜３０は、アーム導波路２４ａ、２４ｂの側面に設けられた第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａと、第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａよりもアーム導波路２４ａ、２４ｂから離れた第２のＢＣＢ樹脂膜３０ｂと、を含む。第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａは、第２のＢＣＢ樹脂膜３０ｂに比べて、赤外吸収スペクトルの１６５０ｃｍ−１以上且つ１９００ｃｍ−１以下の範囲における最大の吸収ピークが大きくなっている。このような第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａは酸素を含む雰囲気中での熱処理によって既に変質しており、体積の変化は飽和していると考えられる。この状態を初期状態として位相調整用電極３６に印加する電圧の最適値の調整を行い、その後に多値変調器１００の使用によって酸素を含む雰囲気中に長時間曝されたとしても、体積が変化することが抑制される。このように、アーム導波路２４ａ、２４ｂの側面に予め変質した第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａを設けることで、多値変調器１００を長時間使用したとしても、アーム導波路２４ａ、２４ｂにかかる応力の変化が抑制される。つまり、アーム導波路２４ａ、２４ｂ間の光路長差の初期状態からの変化が抑制される。よって、位相調整用電極３６に印加する電圧の最適値が記載されたテーブルを参照して位相調整用電極３６に電圧を印加することで、アーム導波路２４ａ、２４ｂを伝搬する光の位相を適切に調整することができる。
【００４１】
また、実施例１の製造方法は、図４のように、基板１０上にメサ状のアーム導波路２４ａ、２４ｂを形成する。図５のように、基板１０上にアーム導波路２４ａ、２４ｂを埋め込み且つアーム導波路２４ａ、２４ｂの上面を露出するＢＣＢ樹脂膜３０を形成する。図７のように、ＢＣＢ樹脂膜３０上にアーム導波路２４ａ、２４ｂの上面及びその側方に位置するＢＣＢ樹脂膜３０の上面を露出する保護膜６８を形成する。図８のように、アーム導波路２４ａ、２４ｂ上に、保護膜６８との間にＢＣＢ樹脂膜３０が露出する隙間７０を有するように、変調用電極３２及び位相調整用電極３６を形成する。図９のように、隙間７０からＢＣＢ樹脂膜３０に酸素が供給される状態でＢＣＢ樹脂膜３０に対して熱処理を行う。これにより、アーム導波路２４ａ、２４ｂの側面に変質した第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａが形成され、第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａは堆積の変化が飽和していると考えられる。そして、熱処理を行った後に、アーム導波路２４ａ、２４ｂを通過した光の位相差が所定の値となるように、位相調整用電極３６に印加する電圧を調整する。熱処理によって第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａが形成された状態を初期状態として位相調整用電極３６に印加する電圧の最適値の調整を行うことで、その後に多値変調器１００の使用によって酸素を含む雰囲気中に長時間曝されたとしても、体積の変化が抑制される。したがって、アーム導波路２４ａ、２４ｂにかかる応力の変化が抑制され、アーム導波路２４ａ、２４ｂ間の光路長差の初期状態からの変化が抑制される。
【００４２】
図１０Ａのように、第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａの赤外吸収スペクトルの１２００ｃｍ−１以上且つ１３００ｃｍ−１以下の範囲における最大の吸収ピークＡに対する１６５０ｃｍ−１以上且つ１９００ｃｍ−１以下の範囲における最大の吸収ピークＢの比（Ａ／Ｂ）は０．１以上であることが好ましい。吸収ピークＡに対する吸収ピークＢの比（Ａ／Ｂ）が大きいほど、第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａの変質が進んでいることが言える。したがって、吸収ピークＡに対する吸収ピークＢの比（Ａ／Ｂ）が０．１以上であることで、多値変調器１００の長時間使用による第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａのさらなる変質を抑制することができ、アーム導波路２４ａ、２４ｂにかかる応力の変化を効果的に抑制できる。多値変調器１００の長時間使用による第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａのさらなる変質を抑制する点から、吸収ピークＡに対する吸収ピークＢの比（Ａ／Ｂ）は、０．２以上であることがより好ましく、０．３以上であることがさらに好ましい。
【００４３】
図１０Ｂのように、第２のＢＣＢ樹脂膜３０ｂの赤外吸収スペクトルの１２００ｃｍ−１以上且つ１３００ｃｍ−１以下の範囲における最大の吸収ピークＡに対する１６５０ｃｍ−１以上且つ１９００ｃｍ−１以下の範囲における最大の吸収ピークＢの比（Ａ／Ｂ）は０．１より小さいことが好ましい。吸収ピークＡに対する吸収ピークＢの比（Ａ／Ｂ）が小さいほど、第２のＢＣＢ樹脂膜３０ｂは変質していないことが言える。基板１０上に設けられたＢＣＢ樹脂膜３０全体が変質していると、ＢＣＢ樹脂膜３０が基板１０から剥離することが起こり得る。しかしながら、ほとんど変質していない第２のＢＣＢ樹脂膜３０ｂが基板１０上に設けられていることで、ＢＣＢ樹脂膜３０が基板１０から剥離することを抑制できる。ＢＣＢ樹脂膜３０の基板１０からの剥離を抑制する点から、吸収ピークＡに対する吸収ピークＢの比（Ａ／Ｂ）は、０．０８より小さいことがより好ましく、０．０６より小さいことがさらに好ましい。
【００４４】
また、実施例１によれば、第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａと第２のＢＣＢ樹脂膜３０ｂとを覆う保護膜６８が設けられている。保護膜６８と変調用電極３２及び位相調整用電極３６との間に、第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａが露出した隙間７０が設けられている。これにより、隙間７０から酸素が供給されることで、アーム導波路２４ａ、２４ｂの側面に変質した第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａを形成することができる。また、第２のＢＣＢ樹脂膜３０ｂが保護膜６８で覆われているため、多値変調器１００を長時間使用することによって第２のＢＣＢ樹脂膜３０ｂが変質することを抑制できる。第２のＢＣＢ樹脂膜３０ｂは第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａに比べて体積が大きいので、第２のＢＣＢ樹脂膜３０ｂにおいて変質が進行すると、ＢＣＢ樹脂膜３０が基板１０から剥離する場合があるので好ましくない。ＢＣＢ樹脂膜３０の剥離は、アーム導波路２４ａ，２４ｂへの応力の変化を引き起こす場合がある。
【００４５】
また、実施例１によれば、変調用電極３２などの配線パターンは、アーム導波路２４ａ、２４ｂを埋め込むＢＣＢ樹脂膜３０上に設けられている。これにより、アーム導波路２４ａ、２４ｂと配線パターンとの間にＢＣＢ樹脂膜３０が存在することになるため、アーム導波路２４ａ、２４ｂの周辺の寄生容量を低減することができる。
【００４６】
なお、実施例１において、アーム導波路２４ａ、２４ｂにかかる応力の変化を抑制する点から、アーム導波路２４ａ、２４ｂの側面全面に第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａが設けられている場合が好ましいが、側面の一部に設けられていない部分があってもよい。第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａは、保護膜６８と変調用電極３２及び位相調整用電極３６との間の隙間７０から酸素が供給された熱処理によって形成される。このため、第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａは、変調用電極３２及び位相調整用電極３６が設けられた部分のアーム導波路２４ａ、２４ｂの側面には少なくとも形成される。
【００４７】
なお、実施例１では、ＢＣＢ樹脂膜３０に対する熱処理を酸素分圧：２００ｈＰａ、温度：１７５℃、時間：３１０時間で行う場合を例に示したが、この場合に限られない。多値変調器１００の長時間の使用によっても変質が進まない第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａを得るには、例えば酸素分圧：５０ｈＰａ以上、温度：１００℃以上且つ５００℃以下、時間：１分以上且つ５００時間以下の条件で熱処理を行うことが好ましい。酸素分圧：１００ｈＰａ以上且つ２０００ｈＰａ以下、温度：１５０℃以上且つ２５０℃以下、時間：１時間以上且つ５０時間以下の条件で行うことがより好ましい。
【００４８】
図１２は、ＢＣＢ樹脂膜３０に対する１７５℃での熱処理の時間と、位相調整用電極３６に供給する直流電圧の最適値と、の関係を示す図である。図１２において、横軸は熱処理の時間、縦軸は位相調整用電極３６に供給する直流電圧の最適値である。図１２のように、１７５℃の熱処理によって第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａを形成する場合、熱処理時間が１５０時間までは、位相調整用電極３６に供給する直流電圧の最適値が変動している。これは、ＢＣＢ樹脂膜３０に対する熱処理が不十分であったため、多値変調器１００の長時間の使用によってＢＣＢ樹脂膜３０の変質が進み、アーム導波路２４ａ、２４ｂにかかる応力が変化したためと考えられる。一方、熱処理時間が１５０時間以上の場合では、位相調整用電極３６に供給する直流電圧の最適値が安定している。このことから、１７５℃程度の温度での熱処理によって第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａを形成する場合には、熱処理時間は１５０時間以上とすることが好ましく、２００時間以上とすることがより好ましいことが分かる。
【００４９】
なお、第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａを形成するための熱処理は、図１０Ａで説明したような赤外吸収スペクトルを有する第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａが形成できる条件であればその他の条件で行ってもよい。なお、多値変調器１００の動作中に第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａが変質することを抑制する点から、多値変調器１００の動作温度（例えば１２０℃程度のレーザ温度）よりも高い温度で熱処理を行う場合が好ましい。例えば、２６０℃、３０分間の熱処理によっても、赤外吸収スペクトルの１７２０ｃｍ−１付近に吸収ピークを有する第１のＢＣＢ樹脂膜３０ａが得られた。このように、高い温度で熱処理を行うことで、熱処理時間を短くできる。なお、１７２０ｃｍ−１付近に吸収ピークを有するＢＣＢ樹脂膜は、１７２０ｃｍ−１付近に吸収ピークを有さないＢＣＢ樹脂膜と比べて、光学顕微鏡で異なる色で観察される。
【００５０】
なお、実施例１では、多値変調器の場合を例に示したが、マッハツェンダ変調器の光導波路がＢＣＢ樹脂膜で埋め込まれた構成の光半導体素子であれば、その他の半導体素子の場合でもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１０  基板
１２  入力導波路
１４  出力導波路
１６ａ、１６ｂ  光カプラ
２０  マッハツェンダ変調器
２２ａ、２２ｂ  光カプラ
２４ａ、２４ｂ  アーム導波路
３０  ＢＣＢ樹脂膜
３０ａ  第１のＢＣＢ樹脂膜
３０ｂ  第２のＢＣＢ樹脂膜
３２  変調用電極
３４  グランド電極
３６  位相調整用電極
３８  シグナル電極パッド
４０  グランド電極パッド
４２  ＤＣ電極パッド
５０  下部クラッド層
５２  コア層
５４  上部クラッド層
５６  保護膜
５８、６０、６２  開口
６４  ｎ電極
６６  ｐオーミック電極
６８  保護膜
７０  隙間
８０  ＢＣＢ樹脂膜
１００  多値変調器
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
2018028623.tif 000014
【図１１】
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【図１２】
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