(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半絶縁性ＩｎＰ基板と、
前記半絶縁性ＩｎＰ基板上に形成されたグランドコンタクト層と、
前記グランドコンタクト層上に形成された半導体ハイメサ光導波路構造であって、
前記グランドコンタクト層上に形成された第１のクラッド層と、
前記第１のクラッド層上に形成されたコア層と、
前記コア層上に形成された第２のクラッド層と、
を備える半導体ハイメサ光導波路構造と、
前記半導体ハイメサ光導波路構造を覆う絶縁膜と、
前記半導体ハイメサ光導波路構造の脇の前記絶縁膜上の一部に被覆され、当該半導体ハイメサ光導波路構造の前記第１のクラッド層よりも高さが低い有機膜と、
を備え、
前記有機膜は、前記半導体ハイメサ光導波路構造の光入出力部分に形成されることを特徴とする半導体光変調器。    
【請求項２】
半絶縁性ＩｎＰ基板上にグランドコンタクト層、第１のクラッド層、コア層、第２のクラッド層を順次成長するステップと、
半導体ハイメサ光導波路構造をエッチングにより形成するステップと、
前記第２のクラッド層及び前記半導体ハイメサ光導波路構造を覆うように絶縁膜を成長するステップと、
前記絶縁膜上に有機膜を形成するステップと、
前記半導体ハイメサ光導波路構造の脇の前記絶縁膜上の一部を残して前記有機膜を当該半導体ハイメサ光導波路構造の前記第１のクラッド層の高さよりも低位置まで除去するステップと、
を備え、
前記有機膜は、前記半導体ハイメサ光導波路構造の光入出力部分に形成されることを特徴とする半導体光変調器の作成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体光変調器及びその作成方法に関し、より詳細には半導体光変調器の光入出力導波路部分の構造及びその作成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の光通信システムの大容量化に伴い、コヒーレント信号処理技術を用いた高次多値変復調伝送技術の開発が盛んに行われている。高次多値変復調伝送技術を使用した伝送方式では、直流動作のレーザーダイオードと外部光変調器との組み合わせを送信器において用いている。ここで、光通信システムに用いられる典型的な外部光変調器として、ＬｉＮｂＯ3により構成されたＬＮ光変調器がある。ＬＮ光変調器は、光導波路内に電界をかけ、電気光学効果により光導波路内の屈折率を変化させ、光の位相を制御するものである。このような光変調器は、光位相変調器やマッハツェンダ型光変調器などの多数の光導波路を結合させて形で高機能スイッチとして機能させることが可能である。しかしながら、ＬＮ光変調器は、光導波路長がｃｍオーダーであり、周辺部品に比べて非常に大きく、結果として送信器のサイズの小型化を制限してしまう問題があった。この問題を解決する構造として、ＬＮ光変調器と同様の動作原理を用いたＩｎＰ光変調器が発案されている（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】K. Tsuzuki, T. Ishibashi, T. Ito, S. Oku, Y. Shibata, R. Iga, Y. Kondo and Y. Tohmori “40 Gbit=s n-i-n InP Mach-Zehnder modulator with a p voltage of 2.2 V” Electronics Letters, vol. 39, no. 20, pp. 1464-1466, 2003.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１は、本発明の一実施形態にかかる半導体光変調器を示す図であり、図１（ａ）は半導体光変調器の上面図であり、図１（ｂ）は（ａ）Ａ−Ａ´における断面図である。光変調器１００は、半絶縁性ＩｎＰ基板１１１上に形成されたグランドコンタクト層１１２上に、半導体ハイメサ光導波路構造１０３が形成されている。半導体ハイメサ光導波路構造１０３の位相変調部部分の上面にはシグナル電極１０２が形成され、半導体ハイメサ光導波路構造１０３の位相変調部部分の両脇にはグランド電極１０１が形成されている。グランドコンタクト層１１２上面のグランド電極１０１とシグナル電極１０２との間には、有機膜１０５が形成され、グランドコンタクト層１１２上面のグランド電極１０１、シグナル電極１０２及び有機膜１０５以外の部分は、絶縁膜１０４で覆われている。
【０００５】
図１（ｂ）を参照すると、半導体光変調器１００の位相変調部は、半絶縁性ＩｎＰ基板１１１上に、グランドコンタクト層１１２が形成される。グランドコンタクト層１１２上には、第１のクラッド層１１３、コア層１１４、第２のクラッド層１１５により構成される１半導体ハイメサ光導波路構造１０３が設けられている。半導体ハイメサ光導波路構造１０３は、絶縁膜１０４と有機膜１０５で保護されている。また、グランドコンタクト層１１２の有機膜１０５が形成されていない部分の上にはグランド電極１０１が形成され、第２のクラッド層１１５上には、シグナル電極１０２が形成されている。
【０００６】
半導体光変調器１００は、図１に示すように、シグナル電極１０２に、光信号と電気信号を同じ方向に伝搬させる進行波電極構造を用いることにより、高速動作を実現している（非特許文献１）。シグナル電極１０２は、十分に厚くすることにより４０Ｇｂｉｔ／ｓ以上の高帯域の実現が可能である（非特許文献１）。
【０００７】
ここで、半導体光変調器１００は、半導体ハイメサ光導波路構造１０３を光ファイバと接続するために、入出力光導波路端面を光ファイバと接続しやすい形状に形成する必要がある。一般的に、ＩｎＰ基板１１１の厚さを３００μｍ以下になるように研磨し、劈開により垂直な入出力光導波路端面を形成する。図２及び図３は、図１の半導体光変調器１００におけるＢ−Ｂ´およびＣ−C´部分の断面図である。図２のＢ−Ｂ´およびＣ−C´の部分は、半導体光変調器１００の入出力光導波路端面の部分である。図２を参照すると、半導体光変調器１００は、半絶縁性ＩｎＰ基板１１１と、半絶縁性ＩｎＰ基板１１１上のグランドコンタクト層１１２と、グランドコンタクト層１１２上の第１のクラッド層１１３と、第１のクラッド層１１３上のコア層１１４と、コア層１１４上の第２のクラッド層１１５とを備える、半導体ハイメサ光導波路構造１０３の脇にはグランドコンタクト層１１２まで至る溝部２０１が形成され、上面全体が絶縁膜１０４により覆われている。
【０００８】
ここで、図１の半導体光変調器１００のＢ−Ｂ´およびＣ−C´部分の光導波路構造は基本的には同じ構造で、光導波路の幅は２μｍから５μｍ程度である。しかしながら、劈開による光導波路構造端面形成を行うと、光導波路構造の端に大きな衝撃がかかり、図３のように、光導波路端面の一部が欠け（３０１）、歩留まりが大きく低下してしまう問題がある。
【０００９】
この問題を解決する方法として、絶縁膜１０４を除去して、劈開する手法も考えられるが、ドライエッチングで絶縁膜１０４を除去する際に半導体表面にダメージを与えて光損失を増加させてしまう恐れがある。また、フッ酸等によるウェットエッチングによる絶縁膜１０４の除去も考えられるが、制御が難しく、意図しない領域の絶縁膜までエッチングされてしまう恐れがある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような問題を解決するために、本発明の第１の態様は、半導体光変調器であって、半絶縁性ＩｎＰ基板と、前記半絶縁性ＩｎＰ基板上に形成されたグランドコンタクト層と、前記グランドコンタクト層上に形成された半導体ハイメサ光導波路構造であって、前記グランドコンタクト層上に形成された第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層上に形成されたコア層と、前記コア層上に形成された第２のクラッド層と、を備える半導体ハイメサ光導波路構造と、前記半導体ハイメサ光導波路構造を覆う絶縁膜と、前記半導体ハイメサ光導波路構造の脇の前記絶縁膜上の一部に被覆され、当該半導体ハイメサ光導波路構造の前記第１のクラッド層よりも高さが低い有機膜と、を備え、前記有機膜は、前記半導体ハイメサ光導波路構造の光入出力部分に形成されることを特徴とする。
【００１３】
本発明の第２の態様は、半導体光変調器の作成方法であって、半絶縁性ＩｎＰ基板上にグランドコンタクト層、第１のクラッド層、コア層、第２のクラッド層を順次成長するステップと、半導体ハイメサ光導波路構造をエッチングにより形成するステップと、前記第２のクラッド層及び前記半導体ハイメサ光導波路構造を覆うように絶縁膜を成長するステップと、前記絶縁膜上に有機膜を形成するステップと、前記半導体ハイメサ光導波路構造の脇の前記絶縁膜上の一部を残して前記有機膜を当該半導体ハイメサ光導波路構造の前記第１のクラッド層の高さよりも低位置まで除去するステップと、を備え、前記有機膜は、前記半導体ハイメサ光導波路構造の光入出力部分に形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
ＩｎＰ基板を有する半導体光変調器の入出力光導波路構造の物理的な強度を増加させ、劈開時の衝撃による入出力光導波路構造破損を抑制し、半導体光変調器の作成の歩留まり向上に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】半導体光変調器の構成を示す図である。（ａ）は、半導体光変調器の構成を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´部分の断面図である。
【図２】図１におけるＢ−Ｂ´およびＣ−Ｃ´部分の断面図である。
【図３】図１におけるＢ−Ｂ´およびＣ−Ｃ´部分の断面図である。
【図４】半導体光変調器の構成を示す図である。（ａ）は、半導体光変調器の構成を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ´部分の断面図である。
【図５】図４におけるＥ−Ｅ´およびＦ−Ｆ´部分の断面図である。
【図６】図４におけるＥ−Ｅ´およびＦ−Ｆ´部分の断面図である。
【図７】図４におけるＥ−Ｅ´およびＦ−Ｆ´部分の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
ここで、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１９】
図４は、本発明の一実施形態にかかる半導体光変調器を示す図であり、図４（ａ）は半導体光変調器の上面図であり、図４（ｂ）は（ａ）Ｄ−Ｄ´における断面図である。図４（ｂ）を参照すると、半導体光変調器４００の位相変調部は、半絶縁性ＩｎＰ基板４１１上に、グランドコンタクト層４１２が形成される。グランドコンタクト層４１２上には、第１のクラッド層４１３、コア層４１４、第２のクラッド層４１５により構成される半導体ハイメサ光導波路構造４０３が設けられている。半導体ハイメサ光導波路構造４０３は、絶縁膜４０４と有機膜４０５で保護されている。また、グラントコンタクト層４１２の有機膜４０５が形成されていない部分の上にはグランド電極４０１が形成され、第２のクラッド層４１５上には、シグナル電極４０２が形成されている。図４（ａ）を参照すると、グランドコンタクト層４１２上面のグランド電極４０１とシグナル電極４０２との間には、有機膜４０５が形成され、グランドコンタクト層４１２上面のグランド電極４０１、シグナル電極４０２及び有機膜４０５以外の部分は、絶縁膜４０４で覆われている。
【００２０】
図５は、図４のＥ−E´およびＦ−F´部分の断面図である。図４のＥ−E´およびＦ−F´の部分は、半導体光変調器４００の入出力光導波路端面の部分である。図５を参照すると、半導体光変調器４００は、半絶縁性ＩｎＰ基板４１１と、半絶縁性ＩｎＰ基板４１１上のグランドコンタクト層４１２と、グランドコンタクト層４１２上の第１のクラッド層４１３と、第１のクラッド層４１３上のコア層４１４と、コア層４１４上の第２のクラッド層４１５と、第２のクラッド層４１５上の絶縁膜４０４とを備える。半導体ハイメサ光導波路構造４０３の脇にはグランドコンタクト層４１２まで至る溝部５０１が形成され、溝部５０１の底面には有機膜４０５が形成される。
【００２１】
図６及び図７は、図４の半導体光変調器４００の作成過程を示すＥ−E´およびＦ−F´部分の断面図である。図６を参照して、半導体光変調器４００は、半絶縁性ＩｎＰ基板４１１上にグランドコンタクト層４１２、第１のクラッド層４１３、コア層４１４、第２のクラッド層４１５を順次有機金属気相成長法あるいは分子線エピタキシー法にて成長する。次に、第２のクラッド層４１５上に溝部５０１を形成するためのＳｉＯ2マスクを形成後、ドライエッチングにより第１のクラッド層４１３、コア層４１４、第２のクラッド層４１５により構成される半導体ハイメサ光導波路構造４０３を形成し、ウェットエッチングによりＳｉＯ2マスクを除去する。この時、半導体ハイメサ光導波路構造４０３の幅は２μｍから５μｍである。
【００２２】
図７を参照して、半導体ハイメサ光導波路構造４０３を形成した半導体光変調器４００上に、絶縁膜４０４を堆積し、有機膜４０５をスピンコーティングにより塗布し、アニールにより有機膜４０５を硬化する。その後、エッチングにより一部の有機膜４０５を残して有機膜を除去する。この際に、位相変調部についてはグランドコンタクト層が現れるまでエッチングを行い、入出力光導波路端面の部分については、第１のクラッド層４１３よりも有機膜４０５の高さが低くなるまで、有機膜４０５をエッチングする。
【００２３】
本エッチング工程において、入出力光導波路端面の部分については、溝５０１の幅が小さいために、有機膜にエッチング液が浸透せず、有機膜が厚くなり、意図せずとも有機膜が残るように形成される。また、絶縁膜４０４については、有機膜４０５に対して、十分に高い選択比（エッチングレートの比率）を持つため、有機膜４０５を第１のクラッド層４１３の高さより低くなるまでドライエッチングしても、絶縁膜４０４が消失することはない。
【００２４】
本実施形態の入出力光導波路端面構造により、入出力光導波路が有機膜４０５により保持されるため、入出力光導波路の端にかかる劈開の衝撃が緩和され、入出力光導波路破損が抑制される。有機膜４０５を残す際の高さ（厚さ）については、強度を保つためある程度必要となるが、高くなりすぎないようにする必要がある。高く（厚く）なりすぎると、有機膜４０５の物理的な強度が大きくなり、有機膜４０５自体が劈開できなくなってしまうからである。例えば、本実施形態において、第１のクラッド層の厚さが２μｍの場合、有機膜の厚さが０．０１以上２μｍ未満であれば、入出力光導波路構造の物理的な強度を増加させ、劈開時における光導波路構造の破損を抑制し、ＩｎＰ光変調器の歩留まりを向上することが可能となる。一方で、有機膜４０５が２μｍ以上の高さになると、有機膜４０５自体が劈開できなくなってしまう。
【００２５】
なお、第１のクラッド層４１３および第２のクラッド層４１５は、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰのいずれでもよい。また、コア層４１４は、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ、ＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓのいずれでもよい。また、絶縁膜４０４は、ＳｉＯ2、 ＳｉＯＮのいずれでもよい。さらに、有機膜４０５は、ＢＣＢあるいはポリイミドのいずれでもよい。また、本実施例では１つのマッハツェンダ型光変調器の例を挙げているが、複数のマッハツェンダ型光変調器を集積した光変調器においても本発明の効果が得られる。
【符号の説明】
【００２６】
１００、４００  半導体光変調器
１０１、４０１  グランド電極
１０２、４０２  シグナル電極
１０３、４０３  半導体ハイメサ光導波路構造
１０４、４０４  絶縁膜、
１０５、４０５  有機膜
１１１、４１１  ＩｎＰ基板、
１１２、４１２  グランドコンタクト層、
１１３、４１３  第１のクラッド層、
１１４、４１４  コア層、
１１５、４１５  第２のクラッド層、
２０１、５０１  溝部
３０１  欠け
【図１】
0006703440.tif 000002
【図２】
0006703440.tif 000003
【図３】
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【図４】
0006703440.tif 000005
【図５】
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【図６】
0006703440.tif 000007
【図７】
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