【手続補正書】
【提出日】平成16年1月15日(2004.1.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】光変調器


【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下面に接地導体が形成された半導体基板と、光吸収層を含み上記半導体基板上に突出するように形成された所定の幅のメサ部と、上記半導体基板上に形成された上記メサ部に隣接して位置するボンディングパッド形成部と、上記メサ部と上記ボンディングパッド形成部とに連続するように形成されるとともに上記メサ部の上面に開口部を有するように形成された絶縁膜と、上記開口部を介して上記メサ部の上面に接しかつ上記ボンディングパッド形成部の絶縁膜上に延在した電極とを備えた光変調器において、
上記絶縁膜のうち上記ボンディングパッド形成部の絶縁膜が、他の部分に比して厚くなるように形成されていることを特徴とする光変調器。
【請求項２】
上記絶縁膜がＳｉＯ2又はＳｉＮであることを特徴とする請求項１記載の光変調器。
【請求項３】
上記絶縁膜のうち上記ボンディングパッド形成部の絶縁膜は、二種類以上の絶縁膜が積層されたものであることを特徴とする請求項１記載の光変調器。
【請求項４】
上記二種類以上の絶縁膜が、少なくともＳｉＯ2及びＳｉＮを含んでいる請求項３記載の光変調器。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の詳細な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光線を変調する光変調器、詳細には超高速光通信システムに用いられる光変調器に関するものである。
【０００２】
超高速光通信システムにおいては、半導体レーザ光線と光ファイバとを用いて大量のデータを送信するため、半導体レーザ光線を高速で変調する必要がある。しかし、単一モード半導体レーザに注入する電流を変調させて、出力されるレーザ光線を変調させる従来の直接変調方式では、注入キャリヤ密度の変動による波長変動(波長チャーピング)が大きいため、例えば、１０Ｇｂｐｓ以上の高速変調に使用することができない。
【０００３】
上記課題に対処するため、従来の直接変調方式に代わって、半導体レーザに注入する電流を一定にして半導体レーザ部の外部に配置したチャーピングの小さい光変調器でレーザ光線を変調する外部変調方式が注目されている。光変調器、単一モード半導体レーザ及び両者を分離するアイソレーション部を一つのチップ上に集積化した光変調器付きレーザ６０を図７に示す。光変調器付きレーザ６０は、変調器とレーザ間の回路が不要なため実用性が高く、大容量光通信のキーデバイスとして極めて重要である。
【０００４】
次に、上記光変調器に関して説明する。図８（Ａ）で示すように、光変調器７０は、光吸収層５１を含む所定の幅のメサ半導体層５６及びボンデンクパッド半導体層５５がＩｎＰ半導体基板５２に形成されたものである。入力されたレーザ光線は光吸収層５１で変調させられる。具体的には、ボンディングパッド５５ａに電圧を印加することで、メサ半導体層５６を覆う電極５４から光吸収層５１に電界を印加し、該光吸収層５１の吸収波長をシフトさせることで入力されたレーザ光線を変調する。
【０００５】
また、図８（Ｂ）で示すように、メサ半導体層５６とボンディングパッド半導体層５５の間には上記両半導体層５５，５６を他の半導体層から分離するために溝部５７は形成されている。メサ半導体層５６、ボンディングパッド半導体層５５及び溝部５７の表面は絶縁膜５３で連続的に覆われている。ボンディングパッド電極５５ａと電極５４は絶縁膜５３を連続的に覆う金属膜からなり、電極５４は、絶縁膜５３に設けられた開口部を介してメサ半導体層５６にオーミック接触する。
【０００６】
次に、従来の光変調器の製造方法を、図９（ａ）〜（ｃ）に示す。まず、図９（ａ）に示すように、ＩnＰ基板５２に所定の結晶層をエピタキシャル成長させて、光吸収層５１を含む所定の幅のメサ半導体層部５６、溝部５７及びボンディングパッド半導体層５５を形成する。次に、図９（ｂ）に示すように、ＩnＰ基板５２全体を覆うように、膜厚が約４０００ÅのＳｉＯ２絶縁膜５３を形成する。続いて光吸収層５１を含むメサ半導体部５４の上面にオーミックコンタクトのための窓を開けた後、図９（ｃ）に示すように、所定の位置に金属膜を形成して、ボンディングパッド５５ａと電極５４とを完成させる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光変調器を高速変調に用いるためには、光変調器の表面電極（ボンディングパッド５５ａ及び電極５４）と裏面電極とで形成される静電容量（以下、寄生静電容量と呼ぶ）を小さくする必要がある。光変調器の寄生静電容量は、メサ部５６の寄生静電容量とボンディングパッド部５５との寄生静電容量の和となる。現在、光変調器の寄生静電容量を低減するために、溝部５７を設けてメサ部５４およびボンディングパッド部５５の面積をできるだけ小さくする試みがされている。
【０００８】
しかしながら、メサ部５６の幅は、光吸収層５１が伝搬する光のしみ出しを考慮すると、ある一定の寸法までしか小さくできない。また、ボンディングパッド部５５の大きさも、ボンディングワイヤの接着面積を考慮すると、５０μm×５０μm程度が限界である。このように、寄生静電容量を減らすために、メサ部５６とボンディングパッド部５５の面積を小さくするというアプローチには限界があったため、十分な高速変調特性を実現することは困難であった。
【０００９】
本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、寄生静電容量が低減されていて、高速変調が可能な光変調器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決する為の手段】
本発明の光変調器は、上記課題に対処する為にボンディングパッド形成部の寄生静電容量を低減させ、高速変調を可能にした。具体的には、本発明の光変調器は、下面に接地導体が形成された半導体基板と、光吸収層を含み上記半導体基板上に突出するように形成された所定の幅のメサ部と、上記半導体基板上に形成され上記メサ部に隣接して位置するボンディングパッド形成部と、上記メサ部と上記ボンディングパッド形成部とに連続するように形成されるとともに上記メサ部の上面に開口部を有するように形成された絶縁膜と、上記開口部を介して上記メサ部の上面に接しかつ上記ボンディングパッド形成部の絶縁膜上に延在した電極とを備えた光変調器において、上記絶縁膜のうち上記ボンディングパッド形成部の絶縁膜が、他の部分に比して厚くなるように形成し、ボンディングパッド形成部の寄生静電容量を低減させたことを特徴とする。
【００１１】
また、寄生静電容量低減させるためには、上記絶縁膜をＳｉＯ2又はＳｉＮとするのが好ましい。
【００１２】
また、上記絶縁膜のうち上記ボンディングパッド形成部の絶縁膜を、二種類以上の絶縁膜で積層させて形成してもよい。
【００１３】
さらに、寄生静電容量低減させるためには、上記二種類以上の絶縁膜が、少なくともＳｉＯ2及びＳｉＮを含んでいるのが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照に本発明の実施の形態にかかる光変調器について説明する。
【００１５】
実施の形態１．
最初に本発明の実施の形態１にかかる光変調器について説明する。図１（Ａ）で示すように、光変調器５０は、ＩｎＰ半導体基板２から突出するメサ部９とボンディングパッド形成部６を有する。詳細には、メサ部９は、半導体基板２の所定の位置に設けられた互いに平行な一対の溝部３によって形成される。ボンディングパッド形成部６は、溝部３を挟んでメサ部９に対向して位置し、溝部３とコ字型の溝部３ａで形成される。さらに、メサ部９はレーザ光線を入出力する光吸収層１を有しかつＳｉＯ2絶縁膜４を介して形成された電極５を備えている。一方、ボンディングパッド形成部６は、ＳｉＯ2厚絶縁膜４０で表面を介して形成されたボンディング電極６ａを備えている。ボンディング電極６ａと電極５とは連続する金属膜からなるものである。尚、光変調器５０の裏面には裏面電極１０が形成されている。
【００１６】
また、実施の形態１の光変調器５０において、絶縁膜４と厚絶縁膜４０とは、連続した一体の絶縁膜で形成されているが、図１（Ｂ）に示すように、絶縁膜のうちボンディングパッド形成部６を覆う部分の厚絶縁膜４０の膜厚は、その他の部分例えばメサ部９を覆う絶縁膜４の膜厚よりも厚く形成されている。さらに、上述したように、上記絶縁膜４及び厚絶縁膜４０上には、金属膜が形成されていて、該金属膜のうちボンディングパッド形成部６の直上部を覆う部分がボンディング電極６ａを成し、メサ部９の直上部を覆う部分が電極５を成す。電極５は、絶縁膜４に設けられた開口部を介してメサ部９の上面に接している。
【００１７】
このように、ボンディング電極６ａの直下部にのみ厚絶縁膜４０を形成しているので、ボンディング電極６ａと裏面電極１０との間の寄生静電容量を小さくすることができる。また、厚絶縁膜４０をボンディングパッド形成部６の比較的狭い部分に限って形成しているので、基板２に反りを発生させることもない。さらに、メサ部９を覆う絶縁膜の膜厚が従来同様に比較的薄く形成されているから、絶縁膜に開口部を形成することが困難になることもない。
【００１８】
次に、上記光変調器５０を製造する第１の方法について説明する。最初、図２（ａ）に示すように、ＩｎＰ半導体基板２上に所定の結晶層をエピタキシャル成長させた後、半導体基板２の所定の位置に一対の溝部３を形成することで、光吸収層１を含む所定の幅のメサ部９を形成し、さらに溝部３に連続するコ字型溝部３ａを形成してボンディングパッド形成部６を形成する。次に、図２（ｂ）に示すように、半導体基板２上に、メサ部９、ボンディングパッド形成部６を連続して覆う膜厚が約４０００ÅのＳｉＯ2絶縁膜４１を形成する。続いて、図２（ｃ）に示すように、ボンディングパッド形成部６に形成された絶縁膜４１のみをフォトレジスト７で覆い該フォトレジスト７をマスクにして、ボンディングパッド形成部６以外の部分に形成されている絶縁体４１を除去する。フォトレジスト７を除去した後、図２（ｄ）に示すように、再度、半導体基板２上に、メサ部９及びボンディングパッド形成部６を連続して覆う膜厚が約４０００ÅのＳｉＯ2絶縁膜４２を形成する。こうすると、ボンディングパッド形成部６には、絶縁膜４１上に絶縁膜４２が重ねて形成された膜厚約８０００Åの厚絶縁膜４０が形成される一方、ボンディングパッド形成部６以外の部分例えば、メサ部９には、膜厚４０００Åの絶縁膜が形成される。
【００１９】
このように形成した上記ボンディングパッド形成部６の直上部にボンディングパッド電極６ａを、メサ部２の直上部には電極２を形成する。具体的には、絶縁膜のメサ部の上面を覆う部分に開口部を形成して、開口部を介してメサ部の上面に接しかつボンディングパッド形成部上に延在した金属層から上記両電極を形成する。背面には背面電極１０を公知の方法で図１（Ａ）で示すように形成することで本発明の光変調器５０が完成する。
【００２０】
このように、ボンディング電極６ａの直下部にのみ厚絶縁膜４０を形成しているので、ボンディング電極６ａと裏面電極１０との間の寄生静電容量を小さくすることができる。また、厚絶縁膜４０をボンディングパッド形成部６の比較的狭い部分に限って形成しているので、基板２に反りを発生させることもない。さらに、メサ部９を覆う絶縁膜の膜厚が従来同様比較的薄く形成されているから、絶縁膜に開口部を形成することが困難になることもない。
【００２１】
次に、上記光変調器５０を製造する第２の方法について説明する。最初、図３（ａ）に示すように、ＩｎＰ半導体基板２上に所定の結晶層をエピタキシャル成長させた後、半導体基板２の所定の位置に一対の溝部３を形成することで、光吸収層１を含む所定の幅のメサ部９を形成し、さらに溝部３に連続するコ字型溝部３ａを形成してボンディングパッド形成部６を形成する。次に、図３（ｂ）に示すように、半導体基板２上に、メサ部９及びボンディングパッド形成部６を連続して覆う膜厚約８０００ÅのＳｉＯ2絶縁膜４０ａを形成する。続いて、図３（ｃ）に示すように、ボンディングパッド形成部６にのみフォトレジスト７で覆いフォトレジスト７をマスクにして、ボンディングパッド形成部６以外の部分に形成された絶縁膜４０ａをエッチングして、膜厚を約４０００Åにする。さらに、フォトレジスト７を除去すると、図３（ｄ）に示すような、ボンディングパッド形成部６及びメサ部９を含む半導体表面を連続して覆う絶縁膜が得られる。上記絶縁膜の膜厚は、ボンディングパッド形成部６とその周辺部では約８０００Åであり（厚絶縁膜４０）、ボンディングパッド形成部６以外の部分例えばメサ部９においては約４０００Å（絶縁膜４）である。
【００２２】
このように形成した上記ボンディングパッド形成部６上にボンディングパッド電極６ａを、メサ部２の表面に電極２を形成する。具体的には、絶縁膜のメサ部の上面を覆う部分に開口部を形成して、開口部を介してメサ部の上面に接しかつボンディングパッド形成部上に延在した金属層から上記両電極を形成する。裏面に裏面電極１０を公知の方法で図１（Ａ）で示すように形成することで本発明の光変調器５０が完成する。
【００２３】
このように、ボンディング電極６ａの直下部にのみ厚絶縁膜４０を形成しているので、ボンディング電極６ａと裏面電極１０との間の寄生静電容量を小さくすることができる。また、厚絶縁膜４０をボンディングパッド形成部６の比較的狭い部分に限って形成しているので、基板２に反りを発生させることもない。さらに、メサ部９を覆う絶縁膜の膜厚が従来同様比較的薄く形成されているから、絶縁膜に開口部を形成することが困難になることもない。
【００２４】
次に、上記光変調器５０を製造する第３の方法について説明する。最初、図４（ａ）に示すように、ＩｎＰ半導体基板２上に所定の結晶層をエピタキシャル成長させた後、半導体基板２の所定の位置に一対の溝部３を形成することで、光吸収層１を含む所定の幅のメサ部９を形成し、さらに溝部３に連続するコ字型溝部３ａを形成してボンディングパッド形成部６を形成する。次に、図４（ｂ）に示すように、半導体基板２上に、メサ部９及びボンディングパッド形成部６を連続して覆う膜厚約４０００ÅのＳｉＯ２絶縁膜４１を形成する。次に、図４（ｃ）に示すように、ボンディングパッド形成部６以外の部分、例えばメサ部９をフォトレジスト７で覆ってフォトレジスト７をマスクにして、再度半導体基板２上にメサ部９及びボンディングパッド形成部６を連続して覆う膜厚約４０００ÅのＳｉＯ２絶縁膜４２を形成する。従って、マスク７上に絶縁膜４２が形成される一方、ボンディングパッド形成部６には先に形成された絶縁膜４１上に重ねて絶縁膜４２が形成される。その後、フォトレジスト７を除去することにより、フォトレジスト７上の絶縁膜４２も同時に除去される一方、メサ部９を覆う絶縁膜４１が露出する。この結果、図４（ｄ）に示すように、ボンディングパッド形成部６及びメサ部９を含む半導体表面を連続して覆う絶縁膜が得られる。上記絶縁膜の膜厚は、ボンディングパッド形成部６では絶縁膜４１上に絶縁膜４２が積層されているので膜厚が約８０００Å（厚絶縁膜４０）である一方、ボンディングパッド形成部６以外の部分例えばメサ部では４０００Å（絶縁膜４１）である。
【００２５】
このように形成した上記ボンディングパッド形成部６上にボンディングパッド電極６ａを、メサ部２の表面に電極２を形成する。具体的には、絶縁膜のメサ部の上面を覆う部分に開口部を形成して、開口部を介してメサ部の上面に接しかつボンディングパッド形成部上に延在した金属層から上記両電極を形成する。裏面には裏面電極を、公知の方法で図１（Ａ）で示すように形成することで本発明の光変調器５０が完成する。
【００２６】
このように、ボンディング電極６ａの直下部にのみ厚絶縁膜４０を形成しているので、ボンディング電極６ａと裏面電極１０との間の寄生静電容量を小さくすることができる。また、厚絶縁膜４０をボンディングパッド形成部６の比較的狭い部分に限って形成しているので、基板２に反りを発生させることもない。さらに、メサ部９を覆う絶縁膜の膜厚が従来同様に比較的薄く形成されているから、絶縁膜に開口部を形成することが困難になることもない。
【００２７】
上記第１〜第３の方法では、絶縁膜をＳｉＯ2としたが、本発明はこれに限定されるものでなく、ＳｉＮ等、他の絶縁膜を用いても、同様の効果を奏する。
【００２８】
なお、上記第１〜第３の方法では、絶縁膜をＳｉＯ2としたが、絶縁膜をＳｉＮとしても、同様の効果を奏する。
【００２９】
また、上記第１〜第３の方法では、上記絶縁膜をＣＶＤ法、スパッタ法又は蒸着法で形成するのが好ましい。
【００３０】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２にかかる光変調器５０ａについて説明する。図５（Ａ）で示すように、光変調器５０ａは、ＩｎＰ半導体基板２から突出するメサ部９とボンディングパッド形成部６を有する。詳細には、メサ部９は、半導体基板２の所定の位置に設けられた互いに平行な一対の溝部３によって形成される。ボンディングパッド形成部６は、溝部３を挟んでメサ部９に対向して位置し、溝部３とコ字型の溝部３ａで形成される。さらに、メサ部９はレーザ光線を入出力する光吸収層１を有しかつＳｉＮ絶縁膜４４を介して形成された電極５を備えている。一方、ボンディングパッド形成部６は、ＳｉＯ2絶縁膜４５で表面を介して形成されたボンディング電極６ａを備えている。ボンディング電極６ａと電極５とは連続する金属膜からなるものである。尚、光変調器５０ａの裏面には裏面電極１０が形成されている。
【００３１】
図５（Ｂ）で示すように、半導体基板２上には、メサ部９及びボンディングパッド形成部６及びコ字型溝部３ａを連続的に覆うＳｉＯ2絶縁膜４３とＳｉＮ絶縁膜４４とが二層積層されている。ボンディングパッド形成部６のＳｉＮ絶縁膜４４上には、さらにＳｉＯ2絶縁膜４５が重ねて形成されている。即ち、ボンディングパッド形成部６は、絶縁膜４３、４４、４５が積層された３層構造の厚絶縁膜で覆われている。さらに、上記絶縁膜４及び厚絶縁膜上には金属膜が形成されていて、該金属膜のボンディングパッド形成部を覆う部分がボンディング電極６ａを成し、該金属膜のメサ部９を覆う部分が電極５を成す。電極５は、メサ部４の上面部に形成された開口部を介してメサ部４に接する。
【００３２】
このように、ボンディング電極６ａの直下部にのみ厚絶縁膜を形成しているので、ボンディング電極６ａと裏面電極１０との間の寄生静電容量を小さくすることができる。また、厚絶縁膜４０をボンディングパッド形成部６の比較的狭い部分に限って形成しているので、基板２に反りを発生させることもない。さらに、メサ部９を覆う絶縁膜の膜厚が従来同様比較的薄く形成されているから、絶縁膜に開口部を形成することが困難になることもない。
【００３３】
次に、上記光変調器５０ａを製造する方法について説明する。最初、図６（ａ）に示すように、ＩｎＰ半導体基板２上に所定の結晶層をエピタキシャル成長させた後、半導体基板２の所定の位置に一対の溝部３を形成することで、光吸収層１を含む所定の幅のメサ部９を形成し、さらに溝部３に連続するコ字型溝部３ａを形成してボンディングパッド形成部６形成する。次に、図６（ｂ）に示すように、半導体基板２上に、メサ部９及びボンディングパッド形成部６を連続して覆う、ＳｉＯ2絶縁膜４３、ＳｉＮ絶縁膜４４、ＳｉＯ2絶縁膜４５を上記の順で成膜する。各絶縁膜の膜厚は、絶縁膜４３が２０００Å、絶縁膜４４が２０００Å、絶縁膜４５が４０００Åとする。次に、図６（ｃ）に示すように、ボンディングパッド形成部６のみをフォトレジスト７で覆いフォトレジスト７をマスクにし、ボンディングパッド形成部６以外の部分の最表面の絶縁膜４５、例えばメサ部９及び溝部３に形成された最表面の絶縁膜４５をエッチングして除去する。
【００３４】
除去される絶縁膜４５はＳｉＯ2であり、その下層の絶縁膜４４はＳｉＮであるから、ＳｉＯ2のみを選択的にエッチングするエッチング液を用いれば、ＳｉＮ膜からなる絶縁膜４４をエッチングストッパ層として機能させることにより、最表面のＳｉＯ2膜４５のみを制御性よくエッチング除去することができる。最後に、フォトレジスト７を除去することにより、図６（ｄ）に示すように、ボンディングパッド形成部６のみに絶縁膜４３、絶縁膜４４及び絶縁膜４５からなる３層構造でその膜厚が約８０００Åの厚絶縁層が形成され、その他の領域、例えばメサ部９及び溝部３には、絶縁膜４３及び絶縁膜４４からなる２層構造でその膜厚約４０００Åの絶縁膜が形成される。
【００３５】
このように形成した上記ボンディングパッド形成部６上にボンディングパッド電極６ａを、メサ部２の表面に電極２を形成する。具体的には、絶縁膜のメサ部の上面を覆う部分に開口部を形成して、開口部を介してメサ部の上面に接しかつボンディングパッド形成部上に延在した金属層から上記両電極を形成する。裏面には裏面電極を、公知の方法で図５（Ａ）で示すように形成することで本発明の光変調器５０ａが完成する。
【００３６】
なお、上記方法では、絶縁膜４３及び絶縁膜４５をＳｉＯ2、絶縁膜４４をＳｉＮとしたが、本発明はこれに制限されるものでなく、絶縁膜４３及び絶縁膜４５をＳｉＮ、絶縁膜４４をＳｉＯ2としても、同様の効果を奏する。
【００３７】
また、上記方法では、上記絶縁膜をＣＶＤ法、スパッタ法又は蒸着法で形成するのが好ましい。
【００３８】
このように、ボンディング電極６ａの直下部にのみ厚絶縁膜４５を形成しているので、ボンディング電極６ａと裏面電極１０との間の寄生静電容量を小さくすることができる。また、厚絶縁膜４０をボンディングパッド形成部６の比較的狭い部分に限って形成しているので、基板２に反りを発生させることもない。さらに、メサ部９を覆う絶縁膜の膜厚が従来同様比較的薄く形成されているので、絶縁膜に開口部を形成することが困難になることもない。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の光変調器は、ボンディングパッド電極の直下部の絶縁膜の膜厚をその他の部分と比較して大きくすることで、ボンディングパッド電極部の寄生静電容量を低減させた。こうすることで、上記光変調器を高速変調に用いることができる。
【００４０】
本発明の光変調器は、ボンディングパッド電極の直下部の絶縁膜をＳｉＯ2又はＳｉＮとすることで、より効果的にボンディングパッド電極部の寄生静電容量を低減させた。こうすることで、上記光変調器を高速変調に用いることができる。
【００４１】
本発明の光変調器は、ボンディングパッド電極の直下部の絶縁膜を２種類以上の絶縁膜を積層して形成したものであるから、ボンディングパッド電極の直下部の絶縁膜を形成するのに選択エッチング法を利用して、制御性良く上記絶縁膜の膜厚を形成することができる。