(57)【要約】【課題】複数の段差を有する導波路構造において、簡易かつ精度よく、コア層と上部クラッド層におけるメサ中心のずれを小さくする。【解決手段】下部クラッド層１０３とコア層１０２と上部クラッド層１０１とを積層し、上部クラッド層１０１上に、互いに並行に配置される第一及び第二のストライプ状マスク１０５ａ、１０５ｂと、第一のストライプ状マスク１０５ａと第二のストライプ状マスク１０５ｂとの間に配置される第三のストライプ状マスク１０６とからなる３本のストライプ状マスク１０７を形成し、第一、第二のストライプ状マスク１０５ａ、１０５ｂ及び第三のストライプ状マスク１０６をマスクとして第一メサを形成し、第一及び第二のストライプ状マスク１０５ａ、１０５ｂをそれぞれ除去し、第一及び第二のストライプ状マスク１０５ａ、１０５ｂを除去した後に、第三のストライプ状マスク１０６をマスクとして、第一メサの上部に位置し、第一メサよりも幅の狭い第二メサを形成する。【選択図】図４
2011107412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部クラッド層とコア層と上部クラッド層とを積層する工程と、
前記上部クラッド層上に、互いに並行に配置される第一及び第二のストライプ状マスクと、前記第一のストライプ状マスクと前記第二のストライプ状マスクとの間に配置される第三のストライプ状マスクとを含む複数のストライプ状マスクを形成する工程と、
前記第一及び前記第二のストライプ状マスクをマスクとして第一メサを形成する第一のエッチング工程と、
前記第一のエッチング工程の後に前記第一及び前記第二のストライプ状マスクをそれぞれ除去する工程と、
前記第一及び前記第二のストライプ状マスクを除去した後に、前記第三のストライプ状マスクをマスクとして、前記第一メサの上部に位置し、前記第一メサよりも幅の狭い第二メサを形成する第二のエッチング工程と、
を含む、半導体光素子の製造方法。
【請求項２】
前記第一及び前記第二のストライプ状マスクをそれぞれ除去する工程において、前記第三のストライプ状マスクを覆い、かつ、前記第一のストライプ状マスクの少なくとも一部及び前記第二のストライプ状マスクの少なくとも一部をそれぞれ露出させるレジストを形成し、露出した前記第一及び第二のストライプ状マスクをそれぞれ除去する、請求項１記載の半導体光素子の製造方法。
【請求項３】
前記第一のエッチング工程の前に、前記第三のストライプ状マスクを覆い、かつ、前記第三のストライプ状マスクに対向していない前記第一及び第二のストライプ状マスクの側面を露出させる誘電体マスクを形成する工程をさらに含み、前記第一のエッチング工程において、前記第一及び前記第二ストライプ状マスク及び前記誘電体マスクをマスクとして前記第一メサを形成する、請求項１又は２に記載の半導体光素子の製造方法。
【請求項４】
前記第一のエッチング工程において、前記第一、前記第二及び前記第三のストライプ状マスクをマスクとして前記第一メサを形成する、請求項１又は２に記載の半導体光素子の製造方法。
【請求項５】
前記第一のエッチング工程において、前記第一及び第二のストライプ状マスクの側面のうち前記第三のストライプ状マスクに対向していない前記側面に沿って前記上部クラッド層をエッチングするとともに、前記複数のストライプ状マスク間に露出している前記上部クラッド層をエッチングし、前記第一及び第二のストライプ状マスクの前記第三のストライプ状マスクに対向していない前記側面に沿って前記上部クラッド層をエッチングする速度が前記複数のストライプ状マスク間に露出している前記上部クラッド層をエッチングする速度よりも大きい、請求項４に記載の半導体光素子の製造方法。
【請求項６】
前記ストライプ状マスクは、０．５μｍ〜１．０μｍの間隔で形成される、請求項１乃至５いずれかに記載の半導体光素子の製造方法。
【請求項７】
前記第二のエッチング工程において、前記第一メサをエッチングする、請求項１乃至６いずれかに記載の半導体光素子の製造方法。
【請求項８】
前記半導体光素子が半導体光変調器である、請求項１乃至７いずれかに記載の半導体光素子の製造方法。
【請求項９】
前記半導体光変調器は、光の合分波器を含む、請求項８に記載の半導体光素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９いずれかに記載の半導体光素子の製造方法を用いる半導体光集積素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項１乃至９いずれかに記載の方法を用いて製造された半導体光素子。
【請求項１２】
下部クラッド層と、
前記下部クラッド層の上部に形成されたメサ状のコア層と、
前記コア層の上部にメサ状に形成され、前記コア層よりもメサ幅が小さい上部クラッド層と、
を有し、
光の導波方向に対して垂直な断面において、前記コア層のメサ中心と、前記上部クラッド層のメサ中心との差をΔＤとし、前記上部クラッド層のメサ幅をＷｒｉｂとしたとき、ΔＤ／Ｗｒｉｂ≦±０．２を満たす、半導体光素子。
【請求項１３】
分波器を構成する、請求項１２に記載の半導体光素子。
【請求項１４】
位相変調器を構成する、請求項１２に記載の半導体光素子。
【請求項１５】
曲線状の光導波路を構成する、請求項１２に記載の半導体光素子。
【請求項１６】
請求項１２に記載の半導体光素子を複数含み、複数の前記半導体光素子のコア層及びクラッド層のいずれかのメサ幅が互いに異なる、半導体光集積素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光素子の製造方法、その半導体光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
幹線系における波長多重（ＷＤＭ）光通信システムでは、高速化、大容量化が進んでいる。このシステムで用いられる光変調器は、低電圧駆動、高速動作、小型化、光変調特性が波長に依存しないことが必要である。さらに、近年は帯域利用効率の高い多値符号化変調にも対応できることが求められている。
【０００３】
現在実用化されている光変調方式は、変調原理の観点から、光源（レーザ）を直接変調する方式、電界吸収型光変調器又はマッハツェンダー干渉計を利用した光変調器（マッハツェンダー光変調器）に分類される。中でも、マッハツェンダー（ＭＺ）光変調器は、光変調器幹線系のような長距離伝送に使用でき、かつ、光変調特性の波長依存性が小さい点で優れている。
【０００４】
ＭＺ光変調器には、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３，以下ＬＮ）を用いたＬＮ光変調器がよく用いられているが、その素子長が比較的長いため、光通信システムに組み込む上では小型化の点で課題があった。
【０００５】
一方、化合物半導体を用いた半導体ＭＺ光変調器は、小型化できる上に、発光デバイスとのモノリシック集積が可能である。半導体ＭＺ光変調器では、光導波路のコアの部分に効果的に電界が印加され、屈折率が変化することで実効的な光路長が変化するような素子層構造となっている。
【０００６】
半導体ＭＺ光変調器には、実効的な光路長が変化させる、すなわち、位相の変調に適した光導波路が必要である。位相変調に適した光導波路の特徴として、特性面では、電界印加時に屈折率変化が高く光損失が少ないこと、及び、単一モード性であることが挙げられる。また、作製面では、作製が容易であること、及び、トレランスが大きいことが挙げられる。
【０００７】
導波路構造は、その光閉じ込めタイプから、リブ型（リッジ型）、ハイメサ型、埋め込み型に分けられる。図１０に示すリブ型導波路は、再成長工程が不要なため素子作製プロセス工程が簡略化できる点で優れている。また、リブ型導波路は、コア層２が露出しない構造であることから、酸化しやすい半導体材料（例えばＩｎＰ基板上のＩｎＧａＡｌＡｓ系材料など）においても、素子信頼性を劣化させない。図１０において、１は上部クラッド層であり、２はコア層であり、３は下部クラッド層である。また、リブ型導波路は、エッチング側面のラフネスの影響を受けにくい構造であるという特長がある。そこで、半導体ＭＺ光変調器にリブ型導波路構造を採用することが期待されている。
【０００８】
ところで、リブ型導波路は、図１１に示すような二段メサ型導波路構造にすることができる。二段メサ型導波路構造において、上部クラッド層１は、光導波路方向にメサ型形状を有するようにその一部が除去されている。コア層２は、上部クラッド層１のメサ幅と異なるメサ幅を光導波路方向に有するように形成される。
【０００９】
半導体ＭＺ光変調器に適する活性層は、低電界においても十分な屈折率変化を実現する必要があるため、井戸層数を多くして光閉じ込めを高くする。しかし、その場合には、リブ型導波路を用いると、単一モード性を実現するのが難しくなる。そこで、高屈折率変化、低損失、及び、単一モード性の特徴を満たすための条件を同時に実現するため、電圧を印加する領域では、二段メサ型導波路のコア層２のメサ幅を相対的に広くするかわりに、電圧を印加しない領域では、コア層２のメサ幅を相対的に狭くする方法が有効である（特許文献１）。
【００１０】
この二段メサ型導波路の製造方法に関して、これまでいくつかの方法が提案されている。
【００１１】
例えば特許文献２には、マスクを複数回形成することなく、１回のマスク形成だけで簡便に左右対称な二段メサ構造を形成する方法が記載されている。この方法では、半導体基板上に組成が異なる化合物半導体層をエッチングレートが順に大きくなるように連続して堆積させ、マスクを形成した後に、堆積した化合物半導体層のウェットエッチングを行う方法が記載されている。
【００１２】
また、特許文献３には、活性層及びその上下に設けられた一対のクラッド層を有する半導体レーザ装置における二段メサ構造を作製する手法が開示されている。この手法では、上部クラッドのメサをウェットエッチングすることによりマスク内側にサイドエッチングさせた上で、ドライエッチングを行い、上部クラッド層のメサ幅よりも広いメサ幅になる活性層のメサを形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特願２００９−０５１９０９
【特許文献２】特開平８−３１６２１９号公報
【特許文献３】特開平７−１８３６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記記載の技術は、以下の点で改善の余地を有していた。二段メサ型導波路を含む、二段の段差を有する構造を作製するためには、通常２回のエッチングを用いる。エッチング毎にマスクを形成する方法としては、例えば、図１２及び図１３に示す方法、又は、図１４に示す方法が考えられる。
【００１５】
図１２及び図１３に示す方法では、結晶成長などで作製されたコア層２を含む基板に対し、最初に上部クラッド層１のメサを規定するマスク５ａを形成して（図１２（ａ））、上部クラッド層１のエッチングを行う（図１２（ｂ））。ついで、マスク５ａを除去した後（図１２（ｃ））、コア層２のメサ端面の位置を規定するマスク５ｂを再形成して（図１３（ａ））、コア層２のエッチングを行い（図１３（ｂ））、最後に不必要なマスク５ｂを除去する。
【００１６】
図１４に示す方法では、最初にコア層２のメサを規定するマスク５を形成し（図１４（ａ））、上部クラッド層１のエッチングを行う（図１４（ｂ））。ついで、パターニングによりマスク５を再加工（図１４（ｃ））して上部クラッド層１のメサを規定するマスク５を形成し、上部クラッド層１及びコア層２のメサエッチングを行った後（図１４（ｄ））、マスク５を除去する。
【００１７】
図１２〜図１４に示す方法では、いずれも、１回目のエッチングの後、段差の付いている基板に対して、目合わせ精度の高いパターニング（図１３（ａ）、図１４（ｃ））を施す。段差により面内でレジスト膜厚が変化することから、パターニング精度は低下するため、図１１で示すように、コア層２のメサ中心と上部クラッド層１のメサ中心との間にずれ（ΔＤ）が生じてしまう。その結果、半導体光素子として種々の素子特性が低下する。また、段差に相対的に近い領域と段差から相対的に離れた領域との間でパターニング精度に差がでてしまい、面内ばらつきも大きくなり歩留まりが低下する。
【００１８】
また、特許文献２記載の方法では、作製する構造によって層構造が規定されてしまい設計が難しく、光導波路として機能できない場合もある。
【００１９】
また、特許文献３記載の方法では、ウェットエッチングすることよって上部クラッド層のみを選択的にエッチングして上部クラッド層にメサを作製するため、面方位の影響を受けやすく歩留まりが低下する。特に、光変調器のように曲線導波路を多く含む構造を作成する場合は、さらに、面方位の影響を受けやすくなる。
【００２０】
このように、上記の二段メサ型導波路構造の製造方法は、作製毎のばらつきが大きく半導体光素子を安定して製造するのが困難な方法であった。
【００２１】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複数の段差を有する導波路構造において、簡易かつ精度よく、メサ中心のずれを小さくすることである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明によれば、下部クラッド層とコア層と上部クラッド層とを積層する工程と、
前記上部クラッド層上に、互いに並行に配置される第一及び第二のストライプ状マスクと、前記第一のストライプ状マスクと前記第二のストライプ状マスクとの間に配置される第三のストライプ状マスクとを含む複数のストライプ状マスクを形成する工程と、
前記第一及び前記第二のストライプ状マスクをマスクとして第一メサを形成する第一のエッチング工程と、
前記第一のエッチング工程の後に前記第一及び前記第二のストライプ状マスクをそれぞれ除去する工程と、
前記第一及び前記第二のストライプ状マスクを除去した後に、前記第三のストライプ状マスクをマスクとして、前記第一メサの上部に位置し、前記第一メサよりも幅の狭い第二メサを形成する第二のエッチング工程と、
を含む、半導体光素子の製造方法が提供される。
【００２３】
また、本発明によれば、上記の半導体光素子の製造方法を用いる半導体光集積素子の製造方法が提供される。
【００２４】
また、本発明によれば、上記の方法を用いて製造された半導体光素子が提供される。
【００２５】
また、本発明によれば、
下部クラッド層と、
前記下部クラッド層の上部に形成されたメサ状のコア層と、
前記コア層の上部にメサ状に形成され、前記コア層よりもメサ幅が小さい上部クラッド層と、
を有し、
光の導波方向に対して垂直な断面において、前記コア層のメサ中心と、前記上部クラッド層のメサ中心との差をΔＤとし、前記上部クラッド層のメサ幅をＷｒｉｂとしたとき、ΔＤ／Ｗｒｉｂ＜±０．２を満たす、半導体光素子が提供される。
【００２６】
さらに、本発明によれば、上記の半導体光素子を複数含み、複数の前記半導体光素子のコア層及びクラッド層のいずれかのメサ幅が互いに異なる、半導体光集積素子が提供される。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、複数の段差を有する導波路構造において、簡易かつ精度よく、コア層と上部クラッド層におけるメサ中心のずれを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】第一の実施形態に係る半導体光素子の製造方法を説明する図である。
【図２】第一の実施形態に係る半導体光素子の製造方法を説明する図である。
【図３】第一の実施形態に係る半導体光素子の製造方法を説明する図である。
【図４】実施の形態に係る半導体光素子の製造方法を説明する図である。図４（ａ）は、図１（ｂ）の平面図である。図４（ｂ）は、実施の形態に係る方法で製造される半導体素子の断面図である。
【図５】実施の形態に係る半導体光素子の製造方法を説明する図である。
【図６】実施の形態に係る半導体光素子の製造方法を説明する図である。
【図７】第二の実施形態に係る半導体光素子の製造方法を説明する図である。
【図８】実施の形態に係る半導体素子の製造方法を説明する図である。
【図９】実施の形態に係る方法を用いて製造される半導体光集積素子の平面図である。
【図１０】リブ型導波路の模式的な断面図である。
【図１１】二段メサ型導波路の模式的な断面図である。
【図１２】二段メサ型導波路の製造方法の一例を説明する図である。
【図１３】二段メサ型導波路の製造方法の一例を説明する図である。
【図１４】二段メサ型導波路の製造方法の一例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００３０】
（第一の実施形態）
図１〜４は、第一の実施形態に係る半導体光素子の製造方法を説明する図である。図４（ａ）は、図１（ｂ）の平面図である。図４（ｂ）は、本実施形態の方法で製造される半導体光素子の断面図である。本実施形態に係る半導体光素子の製造方法は、半導体基板上（図示せず）に、下部クラッド層１０３とコア層１０２と上部クラッド層１０１とを積層する工程と（図１（ａ））、上部クラッド層１０１上に、互いに並行に配置される第一及び第二のストライプ状マスク１０５ａ、１０５ｂと、第一のストライプ状マスク１０５ａと第二のストライプ状マスク１０５ｂとの間に配置される第三のストライプ状マスク１０６からなる３本のストライプ状マスク１０７を形成する工程と（図１（ｂ））、第一、第二のストライプ状マスク１０５ａ、１０５ｂ及び第三のストライプ状マスク１０６をマスクとして第一メサを形成する第一のエッチング工程と（図１（ｃ））、第一のエッチング工程の後に第一及び第二のストライプ状マスク１０５ａ、１０５ｂをそれぞれ除去する工程と（図３（ａ））、第一及び第二のストライプ状マスク１０５ａ、１０５ｂを除去した後に、第三のストライプ状マスク１０６をマスクとして、第一メサの上部に位置し、第一メサよりも幅の狭い第二メサを形成する第二のエッチング工程と（図３（ｂ））を含む。
【００３１】
以下、各工程について詳細に説明する。
まず、図１（ａ）で示すように、半導体基板（図示せず）上に下部クラッド層１０３と、コア層１０２と、上部クラッド層１０１とを結晶成長などにより順に積層し、上部クラッド層１０１上に誘電体膜１０７ａを形成する。
【００３２】
下部クラッド層１０３は、たとえば、ｎ−ＩｎＰとする。
【００３３】
コア層２は、上部クラッド層１０１及び下部クラッド層１０３よりも屈折率が高くなるように、材料及び構造を設計する。コア層１０２の材料には、たとえば、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｌＡｓ又はＩｎＧａＮＡｓ等を用いることができる。コア層１０２は、量子井戸層であってもよいしバルク層であってもよい。電界印加に対する効率の良い位相変調器を実現するためには、コア層１０２の光閉じ込め係数は、大きくとることが好ましい。具体的にはコア層１０２に量子井戸を用いた場合には、井戸幅は、ＱＣＳＥ（量子閉じ込めシュタルク効果）が観測されるサイズとし、例えば、４ｎｍ〜１５ｎｍとする。井戸数については、変調の効率と電界強度とのバランスを考慮して、６〜２０層とする。
【００３４】
上部クラッド層１０１は、たとえば、ｐ−ＩｎＰとする。上部クラッド層１０１の厚みは、光モードの一部が上部クラッド層１０１の上面に達しない程度に厚くすることにより、光の損失を小さくすることができる。また、上部クラッド層１０１の抵抗が高くならない程度に厚くすることで、高速変調を行う点で有利となる。そこで、上部クラッド層１０１の厚みは、概ね、１μｍ〜３μｍの範囲で設定することができる。
【００３５】
誘電体膜１０７ａには、たとえば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）、シリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）を用いることができる。
【００３６】
ついで、リソグラフィー技術を用いて誘電体膜１０７ａを３本のストライプ状にパターニングを行い、ストライプ状マスク１０７を形成する（図１（ｂ））。ストライプ状マスク１０７は、第一及び第二のストライプ状マスク１０５ａ、１０５ｂと第三のストライプ状マスク１０６からなる。図４で示すように、第一のストライプ状マスク１０５ａは、下段メサ１０の一のメサ端面の位置を規定するマスクストライプであり、第三のストライプ状マスク１０６は、上段メサ２０のメサ端面の位置を規定するマスクストライプである。第二のストライプ状マスク１０５ｂは、第一のストライプ状マスク１０５ａで規定される下段メサ１０のメサ端面の反対側のメサ端面の位置を規定するマスクストライプである。そこで、形成する下段メサ１０のメサ幅（Ｗｍｅｓａ）及び上段メサ２０のメサ幅（Ｗｒｉｂ）に合わせてストライプ状マスク１０７の幅を設計する（図４（ａ））。
【００３７】
上段メサ２０のメサ幅（Ｗｒｉｂ）は、０．５μｍ以上が好ましい。こうすることで、素子内におけるメサ幅のばらつきを許容できる範囲にすることができる。また、上段メサ２０のメサ幅（Ｗｒｉｂ）は、０．５μｍ〜３．０μｍとすると好ましく、０．５μｍ〜２．０μｍとするとより好ましい。こうすることで、基本モードの光を導波させつつ、高次モードの光を放射（非導波）させることができる。そこで、第三のストライプ状マスク１０６の幅は、０．５μｍ〜３．０μｍとすると好ましく、０．５μｍ〜２．０μｍとするとより好ましい。図４（ａ）で示すように、第一のストライプ状マスク１０５ａと第二のストライプ状マスク１０５ｂとの間の中心線と、第三のストライプ状マスク１０６の中心線とは、略一致するように形成する。略一致とは、必要とされる精度が、対象とする光導波路の特性に応じて決定されるものである。上記中心線のずれはできる限り小さいことが好ましいが、具体的には、第一のストライプ状マスク１０５ａと第二のストライプ状マスク１０５ｂとの中心線（Ｌ１）と、第三のストライプ状マスク１０６の中心線（Ｌ２）との位置ずれΔｄ（μｍ）が第三のストライプ状マスク１０６の幅Ｗｒｉｂ（μｍ）に対して、±０．２以下になるようにする（図５）。
【００３８】
ついで、ドライエッチングにより、３本のストライプ状マスク１０７でマスクされていない上部クラッド層１０１をエッチングする（第一のエッチング工程）。エッチングは、ストライプ状マスク１０７の外側にある上部クラッド層１０１がエッチングされる、あるいは、ごく薄く上部クラッド層１０１が残る深さまでエッチングするのが望ましい。但し、マイクロローディング効果によるエッチング速度差によって得られたストライプ溝１０８の上部クラッド層の残り厚（ｄｘ）は、既に除去した第一あるいは第二のストライプ状マスク１０５ａ、１０５ｂの外側に必要なエッチング深さ（ｄｙ）よりも大きくなっていることが好ましい（図１（ｃ））。こうしたことを考慮してΔｇを決定する（図４（ａ））。
【００３９】
このドライエッチングでは、マイクロローディング効果を利用して、ストライプ状マスク１０７の外側に露出している上部クラッド層１０１をエッチングする速度が、第一及び第二のストライプ状マスク１０５ａ、１０５ｂと第三のストライプ状マスク１０６との間のストライプ溝１０８に露出している上部クラッド層１０１をエッチングする速度よりも大きくなるようにする。このエッチング速度比は、ストライプ溝１０８ができるだけエッチングされないことが好ましく、具体的にはストライプ溝１０８に露出している上部クラッド層１０１のエッチング速度がストライプ状マスク１０７の外側に露出している上部クラッド層１０１のエッチング速度に対して、０．８倍以下にすると好ましい。
【００４０】
図６には、マイクロローディングの効果を測定した結果を示す。横軸には、各ストライプのピッチΔｇ（μｍ）を示し、縦軸には、マスクから面内方向に充分離れた上部クラッド層１０１のエッチング深さ（ｄａ）に対するストライプ間のエッチング深さ（ｄｂ）の比（ｄｂ／ｄａ）を示している。図６では、上部クラッド層１０１として、ｐ−ＩｎＰを用いている。エッチングガスは、四塩化ケイ素とアルゴンの混合ガスを用いている。図６で示すように、ストライプ状マスクのピッチ（Δｇ）が小さくなるほど、エッチング速度に差が生じ、エッチング速度比が１からずれてくる。一方、Δｇが小さすぎるとパターニングの精度に起因したΔｇの幅のばらつきが生じやすくなる。そこで、Δｇは、０．５μｍ〜１．０μｍ程度とすることにより、パターニングのばらつきを無視できる程度にしつつ、ストライプ溝１０８に露出している上部クラッド層１０１のエッチング速度がストライプ状マスク１０７の外側に露出している上部クラッド層１０１のエッチング速度に対して、０．８倍以下にすることができる。こうすることで、ストライプ溝１０８の底面のコア層１０２が露出してしまう前に、第一及び第二のストライプ状マスク１０５ａ、１０５ｂの外側の上部クラッド層をほぼ除去することができる。また、Δｇは、０．５μｍ〜０．６μｍ程度とすることで、ｄｂ／ｄａを０．７倍以下にすることができる。こうすることで、第一及び第二のストライプ状マスク１０５ａ、１０５ｂの外側の上部クラッド層が除去される前に、ストライプ溝１０８の底面のコア層１０２が露出してしまうことを確実に防止することができる。このようにして、下段メサ１０のメサ側壁の位置を規定するメサ構造（第一メサ１０ａ）が得られる。ストライプ状マスク１０７から面内方向に充分離れた上部クラッド層１０１のエッチング深さ（ｄａ）に対するストライプ間のエッチング深さ（ｄｂ）の比（ｄｂ／ｄａ）をｋ、上部クラッド層１０１の厚さをdｃｌａｄ１、コア層１０２の厚さをdｃｏｒｅとすると、１回目のエッチング深さdａ、２回目のエッチング深さddとし、コア層とクラッド層のエッチング速度が同じであるならば、２回目のエッチング後に最低限満たすべき条件は、
（ｋ×ｄａ＋ｄｄ）≦ｄｃｌａｄ１
（ｄａ＋ｄｄ）≧（ｄｃｌａｄ１＋ｄｃｏｒｅ）
ｄａ≦ｄｃｌａｄ１
となる。よって、ｋが満たすべき条件は、
ｋ≦（１−ｄｃｏｒｅ／ｄａ）≦（１−ｄｃｏｒｅ／ｄｃｌａｄ１）となる。
ｄｃｏｒｅは、変調器の屈折率変化の効率を考えると、０．３μｍあることが望ましく、ｄｃｌａｄ１は、１．５μｍ程度以上あることが望ましいことから、ｋは０．８以下であることが好ましい。実際には、コア層１０２と上部クラッド層１０１のエッチング速度は、エッチングの手法にもよるが、コア層１０２のエッチング速度の方が上部クラッド層１０１のエッチング速度よりも小さいことが多く、その場合は、ｋはさらに小さいことが好ましい。
【００４１】
ついで、レジスト１０９ａを塗布し、第一のストライプ状マスク１０５ａと第三のストライプ状マスク１０６との間、及び、第二のストライプ状マスク１０５ｂと第三のストライプ状マスク１０６との間に形成されたストライプ溝１０８を埋め込みつつ、第三のストライプ状マスク１０６をレジスト１０９ａで覆う（図２（ａ））。ついで、リソグラフィー技術を用いて、第一及び第二のストライプ状マスク１０５ａ、１０５ｂの一部又は全部を露出させる（図２（ｂ））。フッ化水素酸（ＨＦ）を用いたウェットエッチングにより、第一及び第二マスク１０５ａ、１０５ｂを選択的に除去する（図２（ｃ））。このとき、第三マスク１０６がレジスト１０９で保護され、かつ、第一及び第二のストライプ状マスク１０５ａ、１０５ｂの一部がエッチャントに触れるようにレジスト１０９がパターン形成されていればよい。したがって、レジスト１０９ａのパターニングは、第一あるいは第二のストライプ状マスク１０５ａ、１０５ｂの幅程度の精度があればよい。
【００４２】
ついで、レジスト１０９を除去し（図３（ａ））、第二のストライプ状マスク１０６を利用してドライエッチングを行い、露出しているコア層１０２のエッチングを行うと同時に第三のストライプ状マスク１０６をマスクとして上部クラッド層１０１をエッチングする。前述したように、マイクロローディング効果によるエッチング速度差によって得られたストライプ溝１０８の上部クラッド層の残り厚は、既に除去した第一あるいは第二のストライプ状マスク１０５ａ、１０５ｂの外側に必要なエッチング深さよりも大きくなっているため、必要なエッチング深さをエッチングした後もストライプ溝１０８の底面とコア層１０２の表面の間には上部クラッド層がちょうどなくなるか、あるいは、若干残る形状を作製することができる。（第二のエッチング工程）。具体的には、露出しているコア層１０２がエッチングされて下部クラッド層１０３が露出し、かつ、ストライプ溝１０８の底面とコア層１０２の表面との間の距離ｄｃｒａｄが０≦ｄｃｒａｄ≦３００ｎｍとなるまでエッチングを行う（図３（ｂ））。このとき、図１（ｃ）及び図３（ｃ）で示す、ｄａ，ｄｂ、ｄｃ、ｄｄには、ｄｄをエッチングした際に、ｄｂ＋ｄｃが上部クラッド層１０１の厚さに達しないことが好ましい。すなわち、コア層１０２と上部クラッド層１０１が同じエッチング速度でエッチングされる場合、本エッチングにてエッチングする層厚ｄｄは、ｄｄ＜（上部クラッド層１０１の厚さｄｃｌａｄ１）−ｄｂであることが好ましい。これにより、下段メサ１０のメサ側壁を備える構造（第二メサ２０ａ）が形成されるとともに、図１（ｃ）で示す第一メサ１０ａがエッチングされて上段メサ２０のメサ側壁が形成される（第一メサ１０ｂ）。
【００４３】
次にウェットエッチングによって、マスクされていない上部クラッド層１０１及び下部クラッド層１０３を除去する。このとき、コア層１０２を構成する材料がウェットエッチングの条件で除去されないようにエッチング液を選択する。
【００４４】
ついで、第三のストライプ状マスク１０６を除去して図４（ｂ）に示す二段メサ導波路構造を形成する。下段メサ１０は、上部クラッド層１０１、コア層１０２及び下部クラッド層１０３から構成される。また、上段メサ２０は、上部クラッド層１０１で構成される。
【００４５】
ついで、上段メサ２０が形成された上部クラッド層１０１に電極（図示せず）を形成する。具体的には、第三のストライプ状マスク１０６を除去した後、ＳｉＮｘ膜を形成し、ポリイミドなどを用いて段差緩和した後、ＳｉＮｘ膜にて絶縁し、ＳｉＮｘ膜をエッチングして電流注入窓を形成する。ついで、形成された電流注入窓上に電極（たとえば、Ｔｉ／Ａｕ）を堆積する。電極が不要な領域では、電極をパターニングによって除去する。
【００４６】
また、上部クラッド層１０１と電極との間には、コンタクト層（図示しない）が形成されていてもよい。コンタクト層には、たとえば、ＩｎＧａＡｓを用いることができる。コンタクト層が上部クラッド層１０１と異なる材料からなる場合には、結晶成長によって、上部クラッド層１０１を形成した後に続けて形成を行っておく。こうすることで、ストライプ状マスク１０７と上部クラッド層１０１との密着性が悪い場合であっても、コンタクト層をマスクとして利用することができる。
【００４７】
ついで、半導体基板を研磨して薄膜化した後、裏面に電極を堆積し、本実施形態の半導体光素子を完成させる。
【００４８】
つづいて、本実施形態の作用効果について説明する。本実施形態では、上部クラッド層１０１上に、互いに並列して配置される第一及び第二のストライプ状マスク１０５ａ、１０５ｂと、第一のストライプ状マスク１０５ａと第二のストライプ状マスク１０５ｂとの間に配置される第三のストライプ状マスク１０６とを含む複数のストライプ状マスク１０７を同時に形成した後、２つのエッチング工程を行いメサ幅の異なる二段のメサを形成する。これにより、段差の形成前に、二段メサの側壁を二段同時に規定できるマスクを形成することができる。したがって、パターニング工程でメサ中心の目合わせをする必要がなくなり、簡易かつ精度よく、下段メサ１０と上段メサ２０とのメサの中心のずれを小さくすることができる。
【００４９】
従来の二段メサ導波路構造を製造する方法では、一段目（上部クラッド層）のメサ端面の位置を規定するマスクと二段目（コア層）のメサ端面の位置を規定するマスクとを別々に形成させる必要があった。そのため、比較的安価な密着露光法、又は、ステッパ（ｇ線）などを用いるとメサパターンの重ね合わせに関してメサ中心がずれる、及び、そのずれ量が大きくばらつくことが問題となっていた。たとえば、図１２及び図１３に示す手法では、マスク５ｂの形成時において前記コア層のメサ中心と、前記上部クラッド層のメサ中心の距離が決定され、図１４に示す手法でも、図１４（ｃ）におけるマスク５のパターニングにおいて、前記コア層のメサ中心と、前記上部クラッド層のメサ中心の距離が決定される。なお、二回目のマスク加工では、既に１回目のマスク加工後のエッチングによってウェハに段差が生じているため、パターニングの精度が低下することが多く、メサ中心のずれはさらに生じやすくなる。
【００５０】
コア層のメサ幅（Ｗｍｅｓａ）と上部クラッド層のメサ幅（Ｗｒｉｂ）のメサ中心がずれてしまうと、半導体光素子として種々の特性が低下してしまう。例えば、ＭＭＩ型合分波器を例にすると、コア層のメサと上部クラッド層のメサのメサ中心がずれることによって、ＭＭＩの入射位置に誤差が生じるなどの影響により、挿入損失が大きくなったり、分岐比が設計値からずれたりするという影響がある。
【００５１】
また、光集積素子を例にすると、二段メサ型導波路と、他の導波路とが接続する場合の接続部においては、２つの導波路の接合点にてそれぞれの導波路の軸を制御して光モードがなめらかに接続されるようにすることが重要である。しかしながら、図１１で示すようなずれが生じると、光の反射点、又は、放射点となってしまう。
【００５２】
また、コア層のメサにおいても光を閉じ込める設計を行った場合、上部クラッド層とコア層の中心位置がずれていると高次モード（特に奇モード）を励起しやすくなり、単一モード導波路として動作しにくくなってしまう。これは特に、曲線導波路の曲率を大きくして素子サイズを小さくする場合に起こりやすい。
【００５３】
一方、本実施形態の製造方法では、段差を形成する前のパターニングのみで高い精度が要求されるパターニングを行うため、パターニングの精度が低下しない条件で二段メサのメサ側壁の位置を規定するマスクを形成することができる。また、公知の露光マスクの作製精度は非常に高いため、ストライプマスクの間隔や幅のずれの絶対値は、ΔＤ／Ｗｒｉｂが０．２以下となる精度で充分作製可能である（ΔＤは、光の導波方向に対して垂直な断面における、下段メサ１０のメサ中心と、上段メサ２０のメサ中心との差である。ΔＷｒｉｂは、上段メサ２０のメサ幅である。）。
【００５４】
本実施形態の方法を利用した光変調器の一例として、図９に示す半導体ＭＺ干渉型光変調器を用いて以下に説明する。図９は、その平面図である。図９に示す半導体ＭＺ干渉型光変調器は、たとえば、ｎ−ＩｎＰ基板のような半導体基板に二段メサ型導波路構造がモノリシックに形成されている。
【００５５】
この半導体光変調器は大きく分けて、４つの異なる領域が形成されており、本実施形態により作製した半導体光素子が連続して接合した構成となっている。領域１は、電界をかけて位相を回転させる位相変調器領域、領域２は、変調器の光の入出力部であるＳＳＣ（スポットサイズコンバーター）領域、領域３、４は、受動導波路領域である。領域１の両側には、領域３が設けられている。すなわち、領域１の光導波路を伝搬した光が領域３の光導波路に入射されるように構成されている。
【００５６】
領域１のクラッド層上及び半導体基板の裏面には、Ｔｉ，Ａｕなどの金属電極（図示しない）が形成されている。たとえば、領域１には、０〜−１０Ｖの電界を印加することができる。
【００５７】
領域２は、光を入力又は出力する部位で、電界を印加せずかつ電流を注入しない領域である。コア層のメサのメサ幅及び上部クラッド層のメサのメサ幅は、素子端面の光モードの形状を制御させるために、それらメサ幅を軸方向に変更してもよい。領域２から出力または入力される光の波長は、理論上制限はないが、光ファイバ通信の応用には、実用上、１．２５μｍ〜１．６５μｍとすると好ましい。
【００５８】
領域４は、多モード干渉（ＭＭＩ：Ｍｕｌｔｉ  Ｍｏｄｅ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）光導波路領域である。この領域は、片側に入力された光を２分割して反対側のアームに出力する分波器として、または、適切な位相差をもった二つの光を上下のアームに入力し、反対側のアームから合波した光を取り出す合波器として動作する。
【００５９】
領域１と領域４との間の接続領域である領域３、及び、領域２と領域４との間には、領域１及び領域２の２つの導波路を適切な間隔にするために曲線状の二段メサ型光導波路が設けられている。曲線状の二段メサ型光導波路は、曲がり部分を伝搬する際に多モードが励起されやすいため、多モードがカットオフされるよう、基本モードのみを伝搬できる領域とする。
【００６０】
領域１におけるＡ−Ａ'断面図は、図４（ｂ）に対応する。領域２〜４も、図４（ｂ）で示す二段メサ型光導波路で構成されるが、各領域において下段メサ１０及び上段メサ２０のメサ幅（Ｗｒｉｂ、Ｗｍｅｓａ）は互いに異なる。例えば、領域１のコア層１０２のメサ幅Ｗｍｅｓａは、領域２、４のコア層１０２のメサ幅Ｗｍｅｓａよりも広く形成してもよい。これにより、領域１では、領域４よりもエッチング端面に起こるリーク電流の影響を低減することができ、電界強度を高めて動作電圧を効果的に抑制することができる。また、領域２、４では、領域１よりもメサ幅Ｗｍｅｓａを狭めるだけで、領域１の導波路が多モードを許容する導波路になったとしても、高次モードをカットオフすることができる。こうすることで、低電圧化、低挿入損失化かつ高消光比の変調器とすることができる。
【００６１】
また、下段メサ１０における上部クラッド層１０１の層厚ｄｃｌａｄは、薄くする程、高次の光モードが存在しにくくなる。そこで、下段メサ１０の上部クラッド層１０１を層厚ｄｃｌａｄは、０≦ｄｃｌａｄ≦３００ｎｍとすることすることにより、導波路を伝搬する光のモードを制御することができる。
【００６２】
領域４に形成されるＭＭＩ型合分波器の分岐比を図１１の構造を用いてシミュレーションした一例を図８に示す。図８で示すように、上段メサ２０のメサ幅Ｗｒｉｂに対する上段メサ２０のメサ中心と下段メサ１０のメサ中心とのずれ量ΔＤの比（ΔＤ／Ｗｒｉｂ、図８の横軸）が±０．２よりも大きくなると、合分波器の分岐比が１：１（分岐比ずれが０）からずれ始める。これにより、光変調器の０状態の光強度の増加がおこり、光強度のＯＮ、ＯＦＦの判別誤差に影響することになる。
【００６３】
一方、本実施形態の方法を用いて図９に示す光変調器を作製することで、上段メサ２０のメサ幅（Ｗｒｉｂ）に対する上段メサ２０のメサ中心と下段メサ１０のメサ中心のずれ量ΔＤ／Ｗｒｉｂを±０．２以下にすることができる。したがって、分岐比について設計値からのずれを無視しうる程度にすることができ、変調器特性を向上させることができる。
【００６４】
また、本実施形態の方法を用いて図９に示す変調器を作成することで、各領域におけるメサ側壁の位置を精度よく作製することができる。したがって、電界印加効率及び良好な消光比を有する半導体光変調器を容易に得ることができる。
【００６５】
（第二の実施形態）
図７は、第二の実施形態の半導体光素子の製造方法を説明する図である。本実施形態では、第一の実施形態と同じ内容については適宜省略し、第一の実施形態と異なる点のみを説明する。本実施形態では、図１（ｂ）で示す構造を作製した後、誘電体マスク２０７を上部クラッド層１０１をエッチングする前に形成する（図７（ａ））。誘電体膜２０７の材料としては、ストライプ状マスク１０７の材料に対してウェットエッチングのエッチング速度差があるものを用いる。たとえば、ストライプ状マスク１０７をシリコン窒化膜とするとき、誘電体マスク２０７はシリコン酸化膜とする。
【００６６】
誘電体マスク２０７は、第一のストライプ状マスク１０５ａ、１０５ｂと第三のストライプ状マスク１０６との間を埋め込み、かつ、第三のストライプ状マスク１０６を覆うように形成される。具体的には、３本のストライプ状マスク１０７の全体を覆うように誘電体膜（図示せず）を形成し、リソグラフィー技術を用いて誘電体膜を加工し、第三のストライプ状マスク１０６に対向していない第一及び第二のストライプ状マスク１０５ａ、１０５ｂの側面を露出させる。こうすることで誘電体マスク２０７を形成する（図７（ａ））。ついで、ドライエッチングを用いて、露出している第一のストライプ状マスク１０５ａ、１０５ｂの側面に沿って、マスクされていない上部クラッド層１０１をエッチングする（図７（ｂ）、第一のエッチング工程）。これにより、下段メサ１０のメサ側壁の位置が規定される構造（第一メサ１０ｃ）が形成される。
【００６７】
ついで、誘電体マスク２０７を選択エッチングで除去した後、図２（ａ）〜（ｃ）と同様に、第一のストライプ状マスク１０５ａ、１０５ｂを除去する（図７（ｃ））。ついで、露出した上部クラッド層１０１をエッチングして、上段メサ２０を形成するとともに、第一メサ１０ｃもエッチングして下段メサ１０を形成する（図７（ｄ）、第二のエッチング工程）。このとき、ドライエッチング法のみでエッチングを行っても良いし、ウェットエッチングによる選択エッチングを併用しても良い。その後、第三のストライプ状マスク１０６をウェットエッチングにより除去して導波路構造を作製する。こうすることで、図４（ｂ）で示すように、下段メサ１０の中心と上段メサ２０のメサ中心とが略一致した二段メサ型光導波路を作製することができる。
【００６８】
本実施形態の方法においても、第一のストライプ状マスク１０５ａ、１０５ｂ及び第三のストライプ状マスク１０６を同時に形成することで、上段メサ２０のメサ側壁の位置及び第一メサ１０のメサ側壁の位置をメサエッチング前のパターニングによって一度に規定することができる。したがって、メサ中心が略同一の二段メサ導波路構造を容易かつ精度よく作製することができる。
【００６９】
また、第一の実施形態の方法は、図３（ｂ）で示す工程において、ｄｂ＋ｄｃが上部クラッド層１０１の厚さに達しない関係にある構造体にしが適用できないが、本実施形態の方法では、このような制限なく、二段メサ光導波路構造を有する半導体光素子を製造することができる。
【００７０】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【００７１】
たとえば、上記実施形態では、光導波路の材料として、クラッド層としてＩｎＰ、コア層としてＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＮＡｓなどを例に挙げている。しかしながら、本発明の導波路は、コア層とクラッド層とを持つ光導波路一般に適用することができるので、この材料に限るわけではない。
【００７２】
上記実施形態では、誘電体マスクを例に挙げて説明したが、マスクには、誘電体膜だけでなく、金属や半導体を用いることも可能である。
【００７３】
また、上記実施形態では、光変調器として半導体ＭＺ干渉型光変調器を例に挙げて説明したが、これに限るわけではなく、二段メサ型光導波路構造を用いた、電界印加ないしは電流注入によりその屈折率を変調させる変調器、又は、光を吸収することにより光振幅を変調させる電界吸収型光変調器にも本発明を適用することができる。
【００７４】
また、本発明の方法で製造した半導体光素子は、半導体レーザ、発光ダイオード等の発光素子、又は、受光素子として適用することができる。
【００７５】
また、本発明は、上記実施形態の半導体光変調器を他の部材とともに集積した半導体光集積素子でも実現することができる。この半導体光集積素子は、たとえば、上記実施形態に係る半導体光変調器に加え、その半導体光変調器の損失を補償するための半導体光増幅器と、半導体光変調器と半導体光増幅器との間に設けられた反射鏡とを含んでいてもよい。
【００７６】
さらに、上記実施形態の半導体光変調器を外部共振器型レーザの利得媒質に用いてもよい。また、上記実施形態の半導体光変調器の位相調整領域（図９中領域１）と波長可変フィルタとを組み合わせた半導体光変調器集積波長可変トランスミッタとしてもよい。このように、上記実施形態の半導体光変調器と他の部材とをモノリシック集積することで、電界印加時の高屈折率変化及び低導波損失と単一モード化特性とを同時に実現できる半導体光変調機能を集積することができる。したがって、特性が良好な半導体光集積素子を実現することができる。
【００７７】
なお、当然ながら、上述した実施の形態は、その内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。また、上述した実施の形態は、各部の構造などを具体的に説明したが、その構造などは本発明を満足する範囲で各種に変更することができる。本発明によれば、良好な位相変調ができる光導波路を作製できるので、位相変調を用いた光伝送システムに小型、低損失、低電圧駆動といったメリットを生かされた形で利用することができる。
【００７８】
（実施例１）
二段メサ型半導体光導波路を含む半導体ＭＺ干渉型半導体光変調器を第一の実施形態で説明した方法により作製する。二段メサ型半導体光導波路の構造は、図４（ｂ）で示す構造を用いる。また、半導体ＭＺ干渉型半導体光変調器の構造は、図９で示す構造を用いる。ｎ−ＩｎＰ基板上にエピタキシャル成長を行った井戸数１０層、井戸幅１０ｎｍであるＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｌＡｓからなるコア層１０２を用意する。下部クラッド層１０３は、ｎ−ＩｎＰとし、上部クラッド層１０１は、ｐ−ＩｎＰとする。上部クラッド層の厚さは、２．５μｍとする。上部クラッド層１０１の上部には、コンタクト層としてＩｎＧａＡｓ層を５０ｎｍ程度堆積する。この積層された基板を整形するにあたり、第一の実施形態で説明した方法を用いる。第二メサ２０のメサ幅は、領域１、領域３及びその他の受動導波路領域では、１．３μｍとし、領域２では、１．３μｍから１．０μｍになるテーパ構造になるようにする。また、第一メサ１０のメサ幅は、４μｍになるようにする。ストライプ状マスク１０７としてＳｉＮｘ膜を用いる。
【００７９】
まず、ＳｉＮｘ膜を形成し（図１（ａ））、３本のストライプ状にパターニングを行う（図１（ｂ））。各ストライプの隙間（Δｇ）は、０．６μｍ程度になるように露光を行う。このとき、第一及び第二のストライプ状マスク１０５ａ、１０５ｂの幅は、それぞれ、ＳＳＣ領域内で０．９〜０．７５μｍ、第三のストライプ状マスク１０６の幅は、ＳＳＣ領域内で１．０〜１．３μｍへと変化することになる。ここで形成されたレジストパターンをマスクとして、ＣＦ４（四フッ化炭素）などを原料ガスとするドライエッチング法によってＳｉＮｘ膜を加工する。ついで、ドライエッチングを行い図１（ｃ）の形状を形成する。ドライエッチングは、ここではＩｎＰからなるクラッド層をエッチングすることになるが、いくつかのエッチングガスを組み合わせ公知の手法を用いれば良い。例えば、メタン、水素、塩素の混合ガスを導入してプラズマを形成するなどして実現する。エッチング深さ（ｄａ）は２．０μｍとする。このとき、ストライプ溝１０８のエッチング深さ（ｄｂ）は、概ね１．４μｍ程度となる。ついで、第一及び第二のストライプ状マスク１０５ａ、１０５ｂを除去するためにレジスト１０９ａを形成し（図２（ａ））、第一及び第二のストライプ状マスク１０５ａ、１０５ｂ上の一部を開口する（図２（ｂ））。この状態では、保護すべき第三のストライプ状マスク１０６にはエッチャントは触れないため、バッファードフッ酸で第一及び第二のストライプ状マスク１０５ａ、１０５ｂのみを除去できる。ここで行ったレジストマスクのパターニングは、第一及び第二のストライプ状マスク１０５ａ、１０５の一部を開口すれば良いため、各ストライプの隙間（Δｇ）である０．６μｍ程度と上部メサ２０のメサ端面の位置を規定するマスクストライプの幅の最小値０．７５μｍとを加えた最大１．３５μｍの幅で露光のずれを許容できる、すなわち、最大±０．６５μｍ以下の精度があれば良い。ついで、約１μｍの深さの追加エッチングをドライエッチング法で行う（図３（ｂ））。この時点でストライプ溝のエッチング深さ（ｄａ）は約２．４μｍであり、コア層１０２に達しない。ついで、ウェットエッチングによってコア層１０２及びコンタクト層をマスクとしてクラッド層１０１をエッチングすることによって、図２の形状からなる二段メサ型光導破路が作製される。この導波路に、ファイバから光を導入し、かつ、導波路に電界をかけて屈折率を変化させることができるように、上部クラッド層１０１上に電極を形成する。具体的には、エッチング後にＳｉＮｘ膜を形成し、ポリイミドで段差緩和した後、ＳｉＮｘ膜にて絶縁し、クラッド上部のみＳｉＮｘ膜をエッチングして電流注入窓を形成し、その上に電極Ｔｉ／Ａｕを堆積、その後、不要な領域の電極をパターニングによって除去し、その後、基板を研磨して薄膜化、その後、裏面に電極を堆積する。両端面ともヘキ開後、ＡＲコート（無反射コーティング）を行い、ＭＺ変調器を得る。得られたＭＺ変調器の上段メサ２０のメサ幅に対する下段メサ１０のメサ中心と上段メサ２０のメサ中心とのずれ量ΔＤ／Ｗｒｉｂは、±０．２以下である。
【００８０】
（実施例２）
実施例１と同様の層構造を用いて、第二の実施形態で説明した方法により半導体ＭＺ干渉型半導体光変調器を形成する。領域１の位相変調器領域と、領域３及びその他の受動導波路領域のクラッド領域のメサ幅は１．３μｍに、領域２のＳＳＣ領域のメサ幅は、そのＳＳＣ領域内で１．３μｍから１．０μｍになるテーパ構造になるようにする。また、コア領域のメサ幅は４μｍになるようにする。誘電体マスク２０７としてＳｉＯ２膜を用い、ストライプ状マスク１０７としてＳｉＮｘ膜を用いる。まず、ＳｉＮｘ膜１０７ａを形成し、３本のストライプ状にパターニングを行う。各ストライプの隙間は、０．６μｍ程度になるように露光を行う。このとき、第一及び第二のストライプ状マスク１０５ａ、１０５ｂのストライプの幅は、ＳＳＣ領域内で０．９〜０．７５μｍへと変化し、第三のストライプ状マスク１０６を規定するマスクストライプの幅は、ＳＳＣ領域内で１．０〜１．３μｍへと変化することになる。次に、ＳｉＯ２膜を形成し、３本のストライプの隙間がＳｉＯ２膜によって覆われるようにパターニングを行うことで誘電体マスク２０７を形成する（図７（ａ））。ついで、ドライエッチングを行い、図７（ｂ）の形状を形成する。エッチング深さは、下段メサ１０のメサ深さに相当する分をエッチングする。ここでは２．０μｍとする。この後、ＳｉＯ２膜を、バッファードフッ酸で除去する。ＳｉＮｘ膜とのエッチングレート差が大きいので、ＳｉＯ２膜だけを選択して除去できる。次に、第一のストライプ状マスク１０５ａ、１０５ｂに相当するＳｉＮｘ膜を除去するためにレジスト１０９を形成し（図２（ａ）、第一のストライプ状マスク１０５ａ、１０５ｂ上の一部を開口する（図２（ｂ））。この状態では、保護すべき第三のストライプ状マスク１０６にはエッチャントは触れないため、長時間エッチングを行うことにより、バッファードフッ酸で第一及び第二のストライプ状マスク１０５ａ、１０５ｂのみを除去できる（図２（ｃ））。ここで行ったレジストマスクのパターニングは、第一及び第二のストライプ状マスク１０５ａ、１０５ｂの一部を開口すれば良いため、ストライプ溝１０８の溝幅０．６μｍ程度と第一及び第二のストライプ状マスク１０５ａ、１０５ｂの幅の最小値０．７５μｍとを加えた最大１．３５μｍの幅で露光のずれを許容できる。この後、第二メサ２０の高さに相当するエッチングを行う。ここでは２μｍの深さをドライエッチング法で行った。ドライエッチング法のみでエッチングを行っても良いが、ウェットエッチングによる選択エッチングを併用しても良い。このようにして導波路構造を作製することで、各領域に使われている二段メサ型光導波路において、下段メサ１０のメサ中心と上段メサ２０のメサ中心とを略一致させることができる。この導波路に、ファイバから光を導入し、かつ、導波路に電界をかけて屈折率を変化させることができるように、クラッド上部に電極を形成する。具体的には、エッチング後にＳｉＮｘ膜を形成し、ポリイミドで段差緩和した後、ＳｉＮｘ膜にて絶縁し、クラッド上部のみＳｉＮｘ膜をエッチングして電流注入窓を形成する。ついで、該電流注入窓上に電極Ｔｉ／Ａｕを堆積した後、不要な領域の電極をパターニングによって除去する。その後、基板を研磨して薄膜化して、裏面に電極を堆積する。両端面ともヘキ開後、ＡＲコート（無反射コーティング）を行い、ＭＺ変調器を得る。得られたＭＺ変調器の上段メサ２０のメサ幅に対する下段メサ１０のメサ中心と上段メサ２０のメサ中心とのずれ量ΔＤ／Ｗｒｉｂは、±０．２以下である。
【００８１】
本発明の他の態様を以下に例示する。
（１）第一のクラッド層と、
前記第一のクラッド層の上部に形成されたメサ状のコア層と、
前記コア層の上部にメサ状に形成され、前記コア層のメサ幅よりもメサ幅が狭い第二のクラッド層と、
を備える二段メサ型構造を形成する工程において、
前記コア層のメサの端面と第二のクラッド層のメサ端面を同時に決定するエッチング阻止マスクを形成する工程と、
該マスクが形成された基板の該マスクで被覆されていない領域の一部を除去するエッチング工程を含むことを特徴とする半導体光素子の製造方法。
（２）（１）に記載の半導体光素子の製造方法において、
前記コア層のメサの端面と第二のクラッド層のメサ端面を同時に決定するエッチング阻止マスクで保護される領域とは別の領域を保護するための別のエッチング阻止マスクを形成する工程を含むことを特徴とする、半導体光素子の製造方法。
（３）前記半導体光素子が半導体光変調器であることを特徴とする半導体光素子の製造方法。
（４）前記半導体光変調器は光の合分波器を含むことを特徴とする半導体光素子の製造方法。
（５）（１）〜（４）いずれかに記載の半導体光素子の製造方法を用いる半導体光集積素子の製造方法。
（６）第一のクラッド層と、
前記第一のクラッド層の上部に形成されたメサ状のコア層と、
前記コア層の上部にメサ状に形成され、前記コア層のメサ幅よりもメサ幅が狭い第二のクラッド層と、
を備える二段メサ型光導波路を有し、
該光導波路は、前記コア層のメサの端面と第二のクラッド層のメサ端面を同時に決定するエッチング阻止マスクを用いて作製され、前記光導波路のコア層のメサの中心と、前記第二のクラッド層のメサの中心の位置が略一致していることを特徴とする半導体光素子。
（７）二段メサ型光導波路を構成要素とした分波器を含む、（６）に記載の半導体光素子
（８）（６）〜（７）に記載の半導体光素子において、
前記二段メサ型光導波路を構成要素とした位相変調器を含む、半導体光変調器。
（９）前記単一モード光導波路領域に曲線状の前記二段メサ型光導波路が設けられている、（６）〜（８）いずれかに記載の半導体光素子。
（１０）前記二段メサ型光導波路を有し、
前記光導波路のコア層のメサの中心と、前記第二のクラッド層のメサの中心の位置ずれΔＤがコア層のメサ幅Ｗｒｉｂを用いて、
ΔＤ／Ｗｒｉｂ≦±０．２
である光導波路を含むことを特徴とする（６）〜（９）いずれかに記載の半導体光素子。
（１１）（６）〜（１０）いずれかに記載の光素子を含む、半導体光集積素子。
【符号の説明】
【００８２】
１    上部クラッド層
２    コア層
３    下部クラッド層
５    マスク
５ａ    マスク
５ｂ    マスク
１０    下段メサ
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ    第一メサ
２０ａ    第二メサ
２０    上段メサ
１０１    上部クラッド層
１０２    コア層
１０３    下部クラッド層
１０５ａ    第一のストライプ状マスク
１０５ｂ    第二のストライプ状マスク
１０６    第三のストライプ状マスク
１０７    複数のストライプ状マスク
１０７ａ    誘電体膜
１０８    ストライプ溝
１０９    レジスト
１０９ａ    レジスト
２０７    誘電体マスク
【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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