(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マッハツェンダー変調器であって、
基板の主面上に設けられた導電性半導体領域と、
前記導電性半導体領域上に設けられ、第１アーム半導体導波路の一部及び分岐半導体導波路を含む第１半導体構造体と、
前記導電性半導体領域上に設けられ、前記第１アーム半導体導波路の一部を含む第２半導体構造体と、
前記導電性半導体領域上に設けられ、前記第１アーム半導体導波路の一部を含む第３半導体構造体と、
を備え、
前記主面は、第１エリア、第２エリア及び第３エリアを含み、前記第１エリア、前記第２エリア及び前記第３エリアは、導波軸の方向に順に配列されており、
前記第１半導体構造体、前記第２半導体構造体及び前記第３半導体構造体は、それぞれ、前記第１エリア、前記第２エリア及び前記第３エリア上に設けられ、
前記第１アーム半導体導波路は半導体積層を含み、前記半導体積層は、前記基板の前記主面への法線軸の方向に配列された第１クラッド層、コア層及び第２クラッド層を備え、
前記第１半導体構造体は、前記半導体積層を含み、
前記第２半導体構造体は、前記半導体積層と、該半導体積層の上面上に設けられた第１コンタクト部とを含み、
前記第３半導体構造体は、前記半導体積層と、該半導体積層の上面上に設けられた第２コンタクト部とを含み、前記第１コンタクト部及び前記第２コンタクト部はコンタクト層を構成し、
前記第２半導体構造体は第１導波路側面及び第２導波路側面を有し、
前記第２半導体構造体の前記第１コンタクト部は、前記半導体積層の前記上面上において前記コンタクト層が終端する縁を有し、前記縁は、前記半導体積層の前記上面において第１基準面の方向に延在して前記第１導波路側面に到達し、前記第２半導体構造体の前記上面と前記第１基準面との第１交差線は、９０度と異なる第１角度で前記第１導波路側面の上縁に対して傾斜し、前記縁は、前記半導体積層の前記上面において第２基準面の方向に延在して前記第２導波路側面に到達し、前記第２半導体構造体の前記上面と前記第２基準面との第２交差線は、９０度と異なる第２角度で前記第２導波路側面の上縁に対して傾斜する、マッハツェンダー変調器。
【請求項２】
前記第３半導体構造体において前記コンタクト層に接触を成す第１電極を更に備える、請求項１に記載されたマッハツェンダー変調器。
【請求項３】
前記コンタクト層の厚さは１０ｎｍ以上であり、４００ｎｍ以下である、請求項１又は請求項２に記載されたマッハツェンダー変調器。
【請求項４】
前記第３エリアにおいて前記導電性半導体領域に接触を成す別の電極を更に備える、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載されたマッハツェンダー変調器。
【請求項５】
前記第１角度は、２．５度以上である、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載されたマッハツェンダー変調器。
【請求項６】
前記第１角度は、６０度以下である、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載されたマッハツェンダー変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マッハツェンダー変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１はマッハツェンダー変調器を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−０６５０８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のマッハツェンダー変調器は、導波路のための半導体メサ上に設けられたコンタクト層を備え、コンタクト層は、半導体メサの上面上に位置するエッジを有する。このマッハツェンダー変調器の作製においては、コンタクト層を部分的に除去した後に、半導体メサを埋込領域で埋め込む。この埋め込みの後に、導波路を形成する。半導体の成長による埋め込みを行うことは、マッハツェンダー変調器の作製において煩雑である。
【０００５】
マッハツェンダー変調器は、アーム導波路及び電極を含み、この電極は、光変調のための電圧をアーム導波路に印加するために用いられる。アーム導波路の最上層にはコンタクト層が設けられ、このコンタクト層に電極が接触を成す。コンタクト層は、所望の電気接触のためのキャリアを提供できる濃度のアクセプタを含む。コンタクト層のアクセプタは、光導波路を伝搬する光を吸収するので、不要なコンタクト層は除去されることが良い。
【０００６】
発明者の検討において、コンタクト層の部分的な除去を可能にする光導波路の作製方法として、以下の工程を行う。コンタクト層を含む半導体積層を基板上に形成する。この形成の後に、光導波路のための半導体メサの形成に先立って半導体積層からコンタクト層をエッチングにより部分的に除去すると共に、残りの半導体積層をエッチングして半導体メサを形成する。これにより、予めエッチングされたコンタクト層が形成される。
しかしながら、発明者の検討においては、残りの半導体積層のエッチングによって形成された半導体領域の平面形状は、期待した形状と異なっている。このように形成された半導体領域は、例えば、光導波路のための半導体メサの延在方向に直交する方向に延びるコンタクト層縁を有すると共に、このコンタクト層縁に繋がって該直交方向に延在する突起状の半導体壁を含む。このように、望まれない半導体壁が、半導体メサ内の予めエッチングされたコンタクト層の終端辺りに残される。この半導体壁は、マッハツェンダー変調器の光導波路において光散乱を増加させ、或いはマッハツェンダー変調器の変調特性を低下させ得る。望まれることは、このような突起状の半導体を含まず、また所望のエリアにコンタクト層を含むと共に所望のエリアにコンタクト層を含まないマッハツェンダー変調器を提供することである。
【０００７】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、マッハツェンダー変調器を提供することを目的とし、このマッハツェンダー変調器によれば、コンタクト層による不要な光吸収を低減する一方でコンタクト層による良好な電気接触を可能にし、不所望な突起状の半導体による光散乱を回避できる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面に係るマッハツェンダー変調器は、基板の主面上に設けられた導電性半導体領域と、前記導電性半導体領域上に設けられ、第１アーム半導体導波路の一部及び分岐半導体導波路を含む第１半導体構造体と、前記導電性半導体領域上に設けられ、前記第１アーム半導体導波路の一部を含む第２半導体構造体と、前記導電性半導体領域上に設けられ、前記第１アーム半導体導波路の一部を含む第３半導体構造体と、を備え、前記主面は、第１エリア、第２エリア及び第３エリアを含み、前記第１エリア、前記第２エリア及び前記第３エリアは、導波軸の方向に順に配列されており、前記第１半導体構造体、前記第２半導体構造体及び前記第３半導体構造体は、それぞれ、前記第１エリア、前記第２エリア及び前記第３エリア上に設けられ、前記第１アーム半導体導波路は半導体積層を含み、前記半導体積層は、前記基板の前記主面への法線軸の方向に配列された第１クラッド層、コア層及び第２クラッド層を備え、前記第１半導体構造体は、前記半導体積層を含み、前記第２半導体構造体は、前記半導体積層と、該半導体積層の上面上に設けられた第１コンタクト部とを含み、前記第３半導体構造体は、前記半導体積層と、該半導体積層の上面上に設けられた第２コンタクト部とを含み、前記第１コンタクト部及び前記第２コンタクト部は前記コンタクト層を構成し、前記第２半導体構造体は第１導波路側面及び第２導波路側面を有し、前記第２半導体構造体の前記第１コンタクト部は、前記半導体積層の前記上面上において前記コンタクト層が終端する縁を有し、前記縁は、前記半導体積層の前記上面において第１基準面の方向に延在して前記第１導波路側面に到達し、前記第２半導体構造体の前記上面と前記第１基準面との第１交差線は、９０度と異なる第１角度で前記第１導波路側面の上縁に対して傾斜し、前記縁は、前記半導体積層の前記上面において第２基準面の方向に延在して前記第２導波路側面に到達し、前記第２半導体構造体の前記上面と前記第２基準面との第２交差線は、９０度と異なる第２角度で前記第２導波路側面の上縁に対して傾斜する。
【０００９】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、本発明の一側面によれば、マッハツェンダー変調器が提供される。このマッハツェンダー変調器は、コンタクト層による不要な光吸収を低減する一方でコンタクト層による良好な電気接触を可能にし、不所望な突起状の半導体による光散乱を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本実施形態に係るマッハツェンダー変調器を概略的に示す図面である。
【図２】図２は、本実施形態に係るマッハツェンダー変調器におけるコンタクト層を含む半導体領域と、別のマッハツェンダー変調器におけるコンタクト層を含む半導体領域とを示す図面である。
【図３】図３は、本実施形態に係るマッハツェンダー変調器の第１アーム半導体導波路の半導体領域を示す斜視図である。
【図４】図４は、マッハツェンダー変調器を作製する方法における主要な工程を示す図面である。
【図５】図５は、マッハツェンダー変調器を作製する方法における主要な工程を示す図面である。
【図６】図６は、マッハツェンダー変調器を作製する方法における主要な工程を示す図面である。
【図７】図７は、マッハツェンダー変調器を作製する方法における主要な工程を示す図面である。
【図８】図８は、マッハツェンダー変調器を作製する方法における主要な工程を示す図面である。
【図９】図９は、マッハツェンダー変調器を作製する方法における主要な工程を示す図面である。
【図１０】図１０は、マッハツェンダー変調器を作製する方法における主要な工程を示す図面である。
【図１１】図１１は、マッハツェンダー変調器を作製する方法における主要な工程を示す図面である。
【図１２】図１２は、本実施形態に係るマッハツェンダー変調器の半導体導波路構造を示す平面図である。
【図１３】図１３は、本実施形態に係るマッハツェンダー変調器の半導体導波路構造を示す平面図である。
【図１４】図１４は、本実施形態に係るマッハツェンダー変調器の半導体導波路構造を示す平面図である。
【図１５】図１５は、本実施形態に係るマッハツェンダー変調器の半導体導波路構造を示す平面図である。
【図１６】図１６は、本実施形態に係るマッハツェンダー変調器の半導体導波路構造を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
引き続き、いくつかの具体例を説明する。
【００１３】
一形態に係るマッハツェンダー変調器は、（ａ）基板の主面上に設けられた導電性半導体領域と、（ｂ）前記導電性半導体領域上に設けられ、第１アーム半導体導波路の一部及び分岐半導体導波路を含む第１半導体構造体と、（ｃ）前記導電性半導体領域上に設けられ、前記第１アーム半導体導波路の一部を含む第２半導体構造体と、（ｄ）前記導電性半導体領域上に設けられ、前記第１アーム半導体導波路の一部を含む第３半導体構造体と、を備え、前記主面は、第１エリア、第２エリア及び第３エリアを含み、前記第１エリア、前記第２エリア及び前記第３エリアは、導波軸の方向に順に配列されており、前記第１半導体構造体、前記第２半導体構造体及び前記第３半導体構造体は、それぞれ、前記第１エリア、前記第２エリア及び前記第３エリア上に設けられ、前記第１アーム半導体導波路は半導体積層を含み、前記半導体積層は、前記基板の前記主面への法線軸の方向に配列された第１クラッド層、コア層及び第２クラッド層を備え、前記第１半導体構造体は、前記半導体積層を含み、前記第２半導体構造体は、前記半導体積層と、該半導体積層の上面上に設けられた第１コンタクト部とを含み、前記第３半導体構造体は、前記半導体積層と、該半導体積層の上面上に設けられた第２コンタクト部とを含み、前記第１コンタクト部及び前記第２コンタクト部は前記コンタクト層を構成し、前記第２半導体構造体は第１導波路側面及び第２導波路側面を有し、前記第２半導体構造体の前記第１コンタクト部は、前記半導体積層の前記上面上において前記コンタクト層が終端する縁を有し、前記縁は、前記第１導波路側面の近傍の前記半導体積層の前記上面において第１基準面の方向に延在して前記第１導波路側面に到達し、前記第２半導体構造体の前記上面と前記第１基準面との第１交差線は、９０度と異なる第１角度で前記第１導波路側面の上縁に対して傾斜し、前記縁は、前記第２導波路側面の近傍の前記半導体積層の前記上面において第２基準面の方向に延在して前記第２導波路側面に到達し、前記第２半導体構造体の前記上面と前記第２基準面との第２交差線は、９０度と異なる第２角度で前記第２導波路側面の上縁に対して傾斜する。
【００１４】
このマッハツェンダー変調器によれば、第１半導体構造体はコンタクト層を含まず半導体積層を含む一方で、第３半導体構造体は、半導体積層に加えてコンタクト層を含む。この結果、半導体積層上のコンタクト層が第２半導体構造体において終端する。この終端のために、コンタクト層は、第１導波路側面及び第２導波路側面に到達する縁を第２半導体構造体に有する。コンタクト層の縁は、第１導波路側面の近傍において第１基準面の方向に延在して第１導波路側面に到達すると共に、第２導波路側面の近傍において第２基準面の方向に延在して第２導波路側面に到達する。第１基準面は、９０度と異なる第１角度で第１導波路側面に交差し、第２基準面は、９０度と異なる第２角度で第２導波路側面に交差する。コンタクト層は、第１導波路側面及び第２導波路側面の近傍においてコンタクト層の縁の端部がそれぞれ第１導波路側面及び第２導波路側面に対して傾斜するように、半導体積層の上面上において終端する。このコンタクト層の形状により、第１導波路側面及び第２導波路側面においてコンタクト層の縁から延在する望まれない半導体壁が第１アーム導波路の形成のためのエッチングの際に形成されることを防ぐことができる。これ故に、第１アーム半導体導波路を伝搬する光が、望まれない半導体壁によって散乱されることがない。
【００１５】
一形態に係るマッハツェンダー変調器では、前記第３半導体構造体において前記コンタクト層に接触を成す第１電極を更に備える。
【００１６】
このマッハツェンダー変調器によれば、第１電極は、コンタクト層により良好な電気接触を受けることができる。
【００１７】
一形態に係るマッハツェンダー変調器では、前記コンタクト層の厚さは１０ｎｍ以上であり、４００ｎｍ以下である。
【００１８】
このマッハツェンダー変調器によれば、このコンタクト層により良好な電気接触を提供できる。
【００１９】
一形態に係るマッハツェンダー変調器では、前記第３エリアにおいて前記導電性半導体領域に接触を成す別の電極を更に備える。
【００２０】
このマッハツェンダー変調器によれば、別の電極に接触を成す導電性半導体領域を介してアーム導波路に信号を印加できる。
【００２１】
一形態に係るマッハツェンダー変調器では、前記第１角度は、２．５度以上である。
【００２２】
このマッハツェンダー変調器によれば、この下限によって、コンタクト層の縁に安定して所望の形状を提供できる。
【００２３】
一形態に係るマッハツェンダー変調器では、前記第１角度は、６０度以下である。
【００２４】
このマッハツェンダー変調器によれば、この下限によって、コンタクト層の縁に安定して所望の形状を提供できる。
【００２５】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、電極を有する光導波路構造、特にマッハツェンダー変調器に係る、本発明の実施形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００２６】
図１は、本実施形態に係るマッハツェンダー変調器を概略的に示す図面である。マッハツェンダー変調器１１は、単独の半導体素子として作製されることができ、また他の光素子と集積されることができる。図１の（ａ）部を参照すると、マッハツェンダー変調器１１は、第１アーム半導体導波路１３、第２アーム半導体導波路１５、第１分岐半導体導波路１７、第２分岐半導体導波路１９、第１電極２１、第２電極２３及び第３電極２５を備える。図１の（ａ）部には、結晶座標系ＣＲが描かれている。第１アーム半導体導波路１３の一端及び第２アーム半導体導波路１５の一端は、第１分岐半導体導波路１７のそれぞれのポートに光学的に結合され、第１アーム半導体導波路１３の他端及び第２アーム半導体導波路１５の他端は、第２分岐半導体導波路１９のそれぞれのポートに光学的に結合される。第１分岐半導体導波路１７は、本実施例では、入力導波路２６ａを介して未変調の入力光を受ける。第２分岐半導体導波路１９は、出力導波路２６ｂを介して変調済みの出力光を提供する。第１分岐半導体導波路１７及び第２分岐半導体導波路１９は、例えば多モード干渉器（ＭＭＩ）を備えることができる。第１電極２１は、第１アーム半導体導波路１３を伝搬する光の位相を変調するために設けられ、第２電極２３は、第２アーム半導体導波路１５を伝搬する光の位相を変調するために設けられる。第１電極２１及び第２電極２３は、それぞれ、第１アーム半導体導波路１３の上面を構成する第１導電型半導体層及び第２アーム半導体導波路１５の上面を構成する第１導電型半導体層に接触を成す。本実施例では、第３電極２５は、第１アーム半導体導波路１３及び第２アーム半導体導波路１５に共通に設けられ、第１アーム半導体導波路１３の下部半導体を構成する第２導電型半導体層及び第２アーム半導体導波路１５の下部半導体を構成する第２導電型半導体層に接続される。第１電極２１は、配線導体２７ａを介して第１１パッド電極２７ｂに接続され、配線導体２７ｃを介して第１２パッド電極２７ｄに接続される。第２電極２３は、配線導体２８ａを介して第２１パッド電極２８ｂに接続され、配線導体２８ｃを介して第２２パッド電極２８ｄに接続される。第３電極２５は、配線導体２９ａを介して第３１パッド電極２９ｂに接続され、配線導体２９ｃを介して第３２パッド電極２９ｄに接続される。
【００２７】
図１の（ｂ）部は、図１の（ａ）部のＢＯＸ１ｂで示されるエリアの半導体領域を示す平面図である。図１の（ｃ）部は、図１の（ｂ）部に示されたＩｃ−Ｉｃ線に沿って取られた半導体領域の断面を示す図面である。図１の（ｄ）部は、図１の（ｂ）部に示されたＩｄ−Ｉｄ線に沿って取られた半導体領域の断面を示す図面である。理解を容易にするために、図１の（ｂ）部、（ｃ）部及び（ｄ）部は、半導体領域を覆う部材の描写を行うことなく該半導体領域の形状を線図として示している。マッハツェンダー変調器１１は、半導体領域として、導電性半導体領域３１、第１半導体構造体３３、第２半導体構造体３５、及び第３半導体構造体３７を備える。導電性半導体領域３１は、基板３９上に設けられる。第１半導体構造体３３は、導電性半導体領域３１上に設けられ、また第１アーム半導体導波路１３の一部及び分岐半導体導波路（本実施例では、第１分岐半導体導波路１７）を含む。第２半導体構造体３５は、導電性半導体領域３１上に設けられ、また第１アーム半導体導波路１３の一部を含む。第３半導体構造体３７は、導電性半導体領域３１上に設けられ、第１アーム半導体導波路１３の一部を含む。第１アーム半導体導波路１３、第２アーム半導体導波路１５、第１分岐半導体導波路１７、及び第２分岐半導体導波路１９は半導体積層４１を含み、半導体積層４１は、第１クラッド層４１ｄ、コア層４１ｅ及び第２クラッド層４１ｆを備える。第１クラッド層４１ｄ、コア層４１ｅ及び第２クラッド層４１ｆは、基板３９の主面３９ａへの法線軸の方向に配列される。
【００２８】
基板３９は主面３９ａを有し、主面３９ａは、第１エリア３９ｂ、第２エリア３９ｃ及び第３エリア３９ｄを含む。第１エリア３９ｂ、第２エリア３９ｃ及び第３エリア３９ｄは、導波軸Ａｘの方向に順に配列されている。第１半導体構造体３３、第２半導体構造体３５及び第３半導体構造体３７は、それぞれ、第１エリア３９ｂ、第２エリア３９ｃ及び第３エリア３９ｄ上に設けられる。第１半導体構造体３３は半導体積層４１を含む。第２半導体構造体３５は、半導体積層４１及び第１コンタクト部４３ａを含み、第１コンタクト部４３ａは、該半導体積層４１の上面４１ｃ上に設けられる。第３半導体構造体３７は、半導体積層４１及び第２コンタクト部４３ｂを含み、第２コンタクト部４３ｂは、該半導体積層４１の上面４１ｃ上に設けられる。第１コンタクト部４３ａ及び第２コンタクト部４３ｂはコンタクト層４３を構成する。第２半導体構造体３５は第１導波路側面３５ａ及び第２導波路側面３５ｂを有する。第２半導体構造体３５の第１コンタクト部４３ａは、半導体積層４１の上面４１ｃ上において縁４３ｃ（コンタクト層４３が終端する縁）を有する。縁４３ｃは、第１導波路側面３５ａの近傍の半導体積層４１の上面４１ｃにおいて第１基準面ＲＥ１Ｆの方向に延在して第１導波路側面３５ａに到達する。第２半導体構造体３５の上面と第１基準面ＲＥ１Ｆとの第１交差線は、９０度と異なる第１角度ＡＮ１Ｇで第１導波路側面３５ａの上縁に対して傾斜する。縁４３ｃは、第２導波路側面３５ｂの近傍の半導体積層４１の上面４１ｃにおいて第２基準面ＲＥＦの方向に延在して第２導波路側面３５ｂに到達する。第２半導体構造体３５の上面と第２基準面ＲＥ２Ｆとの第２交差線は、９０度と異なる第２角度ＡＮ２Ｇで第２導波路側面３５ｂの上縁に対して傾斜する。
【００２９】
本実施形態に係るマッハツェンダー変調器１１によれば、第１半導体構造体３３はコンタクト層４３を含まず半導体積層４１を含む一方で、第３半導体構造体３７は、半導体積層４１に加えてコンタクト層４３を含む。この結果、半導体積層４１上のコンタクト層４３が第２半導体構造体３５において終端する。この終端のために、コンタクト層４３は、第１導波路側面３５ａ及び第２導波路側面３５ｂに到達する縁を第２半導体構造体３５に有する。コンタクト層４３の縁は、第１導波路側面３５ａの近傍において第１基準面ＲＥ１Ｆの方向に延在して第１導波路側面３５ａに到達すると共に、第２導波路側面３５ｂの近傍において第２基準面ＲＥ２Ｆの方向に延在して第２導波路側面３５ｂに到達する。第１基準面ＲＥ１Ｆは、９０度と異なる第１角度ＡＮ１Ｇで第１導波路側面３５ａに交差し、第２基準面ＲＥ２Ｆは、９０度と異なる第２角度ＡＮ２Ｇで第２導波路側面３５ｂに交差する。
【００３０】
マッハツェンダー変調器１１における半導体領域の一例。
導電性半導体領域３１：Ｓｉドープのｎ型ＩｎＰ層、ドーパント濃度９×１０１７〜５×１０１８ｃｍ３、厚さ５００〜１０００ｎｍ。
基板３９：半絶縁性（Ｆｅドープ）ＩｎＰ基板。
第１クラッド層４１ｄ：Ｓｉドープのｎ型ＩｎＰ層、ドーパント濃度５×１０１６〜５×１０１７ｃｍ３、厚さ４００〜９００ｎｍ。
コア層４１ｅ：アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ／ＡｌＩｎＡｓ多重量子井戸層。
第２クラッド層４１ｆ：Ｚｎドープのｐ型ＩｎＰ層、ドーパント濃度：１×１０１７〜１×１０１８ｃｍ３、厚さ５００〜１２００ｎｍ。
コンタクト層４３：Ｚｎドープのｐ型ＩｎＧａＡｓ層、ドーパント濃度：８×１０１８〜５×１０１９ｃｍ３、厚さ：１０ｎｍ〜４００ｎｍ。
第２クラッド層４１ｆとコンタクト層４３の間に中間層としてｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層があってもよい。
導波軸Ａｘ：［１−１０］軸。
本実施例では、コンタクト層４３の縁４３ｃは順メサである。
本実施例では、コンタクト層４３は第２クラッド層４１ｆに接しており、第２クラッド層４１ｆはコア層４１ｅに接しており、コア層４１ｅは第１クラッド層４１ｄに接している。上記の説明は、第１アーム半導体導波路１３を参照しながら為されたけれども、この説明は第２アーム半導体導波路１５にも適用される。
【００３１】
図２の（ａ）部及び（ｂ）部は、それぞれ、別のマッハツェンダー変調器におけるコンタクト層を含む半導体領域と、本実施形態に係るマッハツェンダー変調器におけるコンタクト層を含む半導体領域とを示す図面である。図２の（ａ）部及び（ｂ）部には、第１及び第２アーム半導体導波路の向きを表す結晶座標系ＣＲが描かれている。図２の（ａ）部は、本実施形態に係るマッハツェンダー変調器と異なる別のマッハツェンダー変調器の第１及び第２アーム半導体導波路の両方を含むエリアにおいて半導体積層及び半導体領域のコンタクト層の終端を示す平面図であり、図２の（ｃ）部は、図２の（ａ）部にけるＩＩｃ−ＩＩｃ線に沿って取られた断面を示す。図２の（ｂ）部は、本実施形態に係るマッハツェンダー変調器の第１及び第２アーム半導体導波路の両方を含むエリアにおいて半導体積層及び半導体領域のコンタクト層の終端を示す平面図であり、図２の（ｄ）部は、図２の（ｂ）部にけるＩＩｄ−ＩＩｄ線に沿って取られた断面を示す。
【００３２】
図２の（ａ）部を参照しながら、別のマッハツェンダー変調器を概略的に説明する。パターン形成されたｎ型半導体領域２が半絶縁性基板１上に設けられている。ｎ型半導体領域２は、結晶座標系ＣＲにおける［１−１０］軸及び［１１０］軸の方向に延在する縁２ａ、２ｂを有する。これらの縁２ａ、２ｂの形状は、コンタクト層を終端させるために製造工程においてコンタクト層のための半導体層に施したパターン形成のマスクの形状に起因する。第１及び第２アーム導波路３が半絶縁性基板１及びｎ型半導体領域２上に設けられる。
【００３３】
別のマッハツェンダー変調器における半導体領域の一例。
半絶縁性基板１：ＦｅドープのＩｎＰ基板。
ｎ型半導体領域２：Ｓｉドープのｎ型ＩｎＰ層。
第１クラッド層８ａ：Ｓｉドープのｎ型ＩｎＰ層。
コア層８ｂ：アンドープＩｎＧａＡｓ層。
第２クラッド層８ｃ：Ｚｎドープのｐ型ＩｎＰ層。
コンタクト層４：Ｚｎドープのｐ型ＩｎＧａＡｓ層。
導波路の方向：［１−１０］軸。
コンタクト層４の下には、第１クラッド層８ａ、コア層８ｂ及び第２クラッド層８ｃが半絶縁性基板主面の法線軸の方向に順に配列される。ｎ型半導体領域２の縁２ｂには、半導体壁７が形成されている。図２の（ｃ）部に示されるように、半導体壁７は、例えば半絶縁性基板主面の法線軸の方向に順に配列された第１クラッド層８ａ、コア層８ｂ、第２クラッド層８ｃ及びコンタクト層４を含む。
【００３４】
図２の（ｂ）部を参照すると、コンタクト層４３は、第１導波路側面３５ａ及び第２導波路側面３５ｂの近傍においてコンタクト層４３の縁４３ｃの端部４３ｄ、４３ｅがそれぞれ第１導波路側面及び第２導波路側面に対して傾斜するように、半導体積層４１の上面４１ｃ上において終端する。このコンタクト層４３の形状により、第１導波路側面３５ａ及び第２導波路側面３５ｂにおけるコンタクト層４３の縁から延在する望まれない半導体壁（図２の（ａ）部の半導体壁７）が第１アーム半導体導波路１３及び第２アーム半導体導波路１５の形成のためのエッチングの際に形成されることを防ぐことができる。これ故に、第１アーム半導体導波路１３及び第２アーム半導体導波路１５を伝搬する光が、望まれない半導体壁７によって散乱されることがない。
【００３５】
第１電極２１及び第２電極２３は、第３エリア３９ｄに位置する第３半導体構造体３７においてコンタクト層４３に接触を成すと共に、第３電極２５は、第３エリア３９ｄにおいて導電性半導体領域３１に接触を成す。図２の（ｂ）部において、第１電極２１、第２電極２３及び第３電極２５の位置は、それぞれ、破線「Ｐ２１」、破線「Ｐ２３」及び破線「Ｐ２５」によって描かれている。第１電極２１及び第２電極２３がコンタクト層４３上に接触を成すので、マッハツェンダー変調器１１に、良好な電気接触が提供される。コンタクト層４３の厚さは１０ｎｍ以上であり、４００ｎｍ以下であることができる。このコンタクト層４３により良好な電気接触を提供できる。
【００３６】
図３は、本実施形態に係るマッハツェンダー変調器の第１アーム半導体導波路１３の半導体領域を示す斜視図である。本実施形態の説明として後ほど為される製造方法の説明から理解されるように、導電性半導体領域３１の平面形状は、素子分離メサの形状に関連している。
【００３７】
図２の（ｂ）部及び図３に示されるように、第１アーム半導体導波路１３と同様に、第２アーム半導体導波路１５のための第１半導体構造体３３、第２半導体構造体３５及び第３半導体構造体３７は、それぞれ、第１エリア３９ｂ、第２エリア３９ｃ及び第３エリア３９ｄ上に設けられる。第２アーム半導体導波路１５においても、第１半導体構造体３３は半導体積層４１を含む。第２半導体構造体３５は、半導体積層４１及び第１コンタクト部４３ａを含む、第１コンタクト部４３ａは、該半導体積層４１の上面４１ｃ上に設けられる。第３半導体構造体３７は、半導体積層４１及び第２コンタクト部４３ｂを含み、第２コンタクト部４３ｂは、該半導体積層４１の上面４１ｃ上に設けられる。第２半導体構造体３５（半導体積層４１）は第１導波路側面３５ａ（第１側面４１ａ）及び第２導波路側面３５ｂ（第２側面４１ｂ）を有する。第２半導体構造体３５の第１コンタクト部４３ａは、半導体積層４１の上面４１ｃ上において縁４３ｃ（コンタクト層４３が終端する縁）を有する。縁４３ｃは、第１導波路側面３５ａの近傍の半導体積層４１の上面４１ｃにおいて第３基準面ＲＥ３Ｆの方向に延在して第１導波路側面３５ａに到達する。第２半導体構造体３５の上面と第３基準面ＲＥ３Ｆとの第３交差線は、９０度と異なる第３角度ＡＮ３Ｇで第１導波路側面３５ａの上縁に対して傾斜する。縁４３ｃは、第２導波路側面３５ｂの近傍の半導体積層４１の上面４１ｃにおいて第４基準面ＲＥ４Ｆの方向に延在して第２導波路側面３５ｂに到達する。第２半導体構造体３５の上面と第４基準面ＲＥ４Ｆとの第４交差線は、９０度と異なる第４角度ＡＮ４Ｇで第２導波路側面３５ｂの上縁に対して傾斜する。
【００３８】
発明者の実験によれば、第１角度ＡＮ１Ｇ、第２角度ＡＮ２Ｇ、第３角度ＡＮ３Ｇ及び第４角度ＡＮ４Ｇが９０度と異なる角度であるとき、望まれない半導体壁の形成を避けることができる。具体的には、第１角度ＡＮ１Ｇは１度以上８０度以下、又は１００度以上１７９度以下であることができる。第２角度ＡＮ２Ｇは１度以上８０度以下、又は１００度以上１７９度以下であることができる。
【００３９】
また、望まれない半導体壁の形成と導波路メサの側面の荒れとを避けるためには、第１角度ＡＮ１Ｇ、第２角度ＡＮ２Ｇ、第３角度ＡＮ３Ｇ及び第４角度ＡＮ４Ｇが鋭角がよい。具体的には、第１角度ＡＮ１Ｇは１度以上であることができ、また８０度以下であることができる。第２角度ＡＮ２Ｇは１度以上であることができ、また８０度以下であることができる。この角度範囲によれば、アーム導波路の半導体積層の側面の荒れが少なく、この荒れに起因する光散乱が低減される。側面の荒れは、不規則にギザギザした「ささくれ」状の窪みのような形態を有する。
【００４０】
さらに、第１角度ＡＮ１Ｇ、第２角度ＡＮ２Ｇ、第３角度ＡＮ３Ｇ及び第４角度ＡＮ４Ｇは、２．５度以上６０度以下が好ましい。２．５度以上の角度によれば、コンタクト層４３の縁４３ｃに所望の形状を安定して提供できる。また、第１角度ＡＮ１Ｇ、第２角度ＡＮ２Ｇ、第３角度ＡＮ３Ｇ及び第４角度ＡＮ４Ｇは、６０度以下であることが好ましい。６０度以下の角度によれば、コンタクト層４３の縁４３ｃに安定して所望の形状を提供できる。
【００４１】
図２の（ｂ）部に示されるように、第１半導体構造体３３が第２アーム半導体導波路１５の一部を更に含み、第２半導体構造体３５が第２アーム半導体導波路１５の一部を更に含み、第３半導体構造体３７は第２アーム半導体導波路１５の一部を更に含む。第１アーム半導体導波路１３に関して、導電性半導体領域３１は、第１基準面ＲＥ１Ｆの方向に第１導波路側面３５ａの底から延在する第１段差ＳＴ１Ｐと、第２基準面ＲＥ２Ｆの方向に第２導波路側面３５ｂの底から延在する第２段差ＳＴ２Ｐとを含む。また、第２アーム半導体導波路１５に関して、導電性半導体領域３１は、第３基準面ＲＥ３Ｆの方向に第１導波路側面３５ａの底から延在する第３段差ＳＴ３Ｐと、第４基準面ＲＥ４Ｆの方向に第２導波路側面３５ｂの底から延在する第４段差ＳＴ４Ｐとを含む。図２の（ｄ）部に示されるように、第１段差ＳＴ１Ｐ、第２段差ＳＴ２Ｐ、第３段差ＳＴ３Ｐ及び第４段差ＳＴ４Ｐを境に、導電性半導体領域３１の厚さが異なる。
【００４２】
導電性半導体領域３１は、第３半導体構造体３７において、第１アーム半導体導波路１３及び第２アーム半導体導波路１５の一方から他方まで設けられた接続部３１ａを有する。導電性半導体領域３１の第１段差ＳＴ１Ｐ、第２段差ＳＴ２Ｐ、第３段差ＳＴ３Ｐ及び第４段差ＳＴ４Ｐを境に、導電性半導体領域３１の厚さが異なることになり、或いは導電性半導体領域３１が終端する。具体的には、導電性半導体領域の接続部３１ａは、分岐半導体導波路及び第１半導体構造体３３の近傍の導電性半導体領域の厚さより厚い。厚い導電性半導体領域３１は、第１アーム半導体導波路１３及び第２アーム半導体導波路１５と第３電極２５との間に低い電気抵抗を提供できる。
【００４３】
図１の（ｄ）部に示されるように、第１半導体構造体３３の半導体積層４１の第１高さＨＧ１Ｔは、第３半導体構造体３７の半導体積層４１の第２高さＨＧ２Ｔより大きい。この高さの差は、ほぼコンタクト層４３の厚さに対応する。
【００４４】
このマッハツェンダー変調器１１によれば、第１半導体構造体３３の半導体積層４１の第１高さＨＧ１Ｔが第３半導体構造体３７の半導体積層４１の第２高さＨＧ２Ｔより大きいので、第１半導体構造体３３は光閉じ込め性能に優れる。これ故に、第１半導体構造体３３内の第１アーム半導体導波路１３（第２アーム半導体導波路１５）及び第１分岐半導体導波路１７（第２分岐半導体導波路１９）は、コンタクト層４３による光吸収に煩わされることなく、また大きなメサ高の半導体積層４１による光閉じ込めの利点を享受できる。また、第３半導体構造体３７内の第１アーム半導体導波路１３（第２アーム半導体導波路１５）は、コンタクト層４３による良好な電気接触の利点を享受できる。第２半導体構造体３５内の第１アーム半導体導波路１３（第２アーム半導体導波路１５）は、不所望の突起状の半導体壁７の形成を避ける利点を享受できる。
【００４５】
引き続き、図４〜図１１を参照しながら、電極を有する光導波路構造、特にマッハツェンダー変調器を作製する方法に係る実施形態を説明する。半絶縁性のＩｎＰ基板５１を準備する。図４に示されるように、ＩｎＰ基板５１のＩｎＰ主面５１ａ上に、マッハツェンダ変調器の光導波路のための半導体積層体５３を成長する。半導体積層体５３は、Ｓｉドープのｎ型ＩｎＰクラッド層のための第１半導体層５３ａ、アンドープのＡｌＧａＩｎＡｓ／ＡｌＩｎＡｓ多重量子井戸構造のコア層のための第２半導体層５３ｂ、Ｚｎドープのｐ型ＩｎＰクラッド層のための第３半導体層５３ｃ及びＺｎドープのｐ型コンタクト層のための第４半導体層５３ｄを備える。これらの半導体層の成長は、例えば有機金属気相成長法により行われる。図４を参照すると、直交座標系Ｓが示される。第４半導体層５３ｄの厚さは、例えば０．２５マイクロメートルであることができる。第４半導体層５３ｄの厚さは、０．０１〜０，４マイクロメートルであってもよく、第４半導体層５３ｄのドーパント濃度は、８×１０１８〜５×１０１９ｃｍ−３であることができる。本実施例では、Ｚ軸の方向に、第１半導体層５３ａ、第２半導体層５３ｂ、第３半導体層５３ｃ及び第４半導体層５３ｄが積層される。ＩｎＰ基板５１のＩｎＰ主面５１ａがＸ軸及びＹ軸により規定される平面に平行である。本実施例では、Ｘ軸はＩｎＰ基板の［１−１０］方向に向き、Ｙ軸はＩｎＰ基板の［１１０］方向に向いている。
【００４６】
所望のエリアにおいて光導波路にｐ型コンタクト層が含まれないようにするために、ｐ型コンタクト層のための第４半導体層５３ｄにパターン形成を行う。図５の（ａ）部は、ＩｎＰ基板５１及び半導体積層体５３を含むエピタキシャル基板の主面における一素子の区画内のうち、第１及び第２アーム導波路を作製するエリアを示す平面であり、図５の（ｂ）部は、図５の（ａ）部におけるＶｂ−Ｖｂ線にそって取られた断面図である。図５の（ａ）部に示されるエリアにおいて第１及び第２アーム導波路の当該部分は、例えばＩｎＰ基板の［１−１０］方向に向くように作製され、この向きに応じて第１マスク５５のパターンの向きが決定される。
【００４７】
第１マスク５５を半導体積層体５３の主面５３ｆ上に形成する。本実施例では、シリコン系無機絶縁膜からフォトリソグラフィ及びドライエッチング（ＣＦ４系ガス）により第１マスク５５を形成する。ドライエッチングの時間は、当該シリコン系無機絶縁膜の厚さの膜をエッチングする時間に対して３０％以上のオーバーエッチングを行う。図５の（ａ）部に示されている第１導波路領域Ｄ１３及び第２導波路領域Ｄ１５は、それぞれ、第１アーム半導体導波路１３及び第２アーム半導体導波路１５が作製されるべき位置を示す。引き続く説明では、第１アーム半導体導波路１３を作製する工程を説明するけれども、この説明は、第２アーム半導体導波路１５にも適用される。ＩｎＰ主面５１ａは、Ｘ軸（例えば導波軸Ａｘ）の方向に配列された第１１エリア５１ｂ、第１２エリア５１ｃ、第１３エリア５１ｄ、第２２エリア５１ｅ（本実施例では第１２エリア５１ｃと等価なので、以下「第１２エリア５１ｃ」として参照）及び第２１エリア５１ｆ（本実施例では第１１エリア５１ｂ等価なので、以下「第１１エリア５１ｂ」として参照）を含む。
【００４８】
第１導波路領域Ｄ１３は、第１アーム半導体導波路１３の半導体積層４１の第１側面４１ａ（第１導波路側面３５ａ）及び第２側面４１ｂ（第２導波路側面３５ｂ）にそれぞれ対応する第１１破線Ｄ１３ａ及び第１２破線Ｄ１３ｂとして表されている。
【００４９】
第１マスク５５は、第１ライン５５ａ及び第２ライン５５ｂを有しており、第１マスク５５は、第１ライン５５ａ及び第２ライン５５ｂが頂点５５ｃにおいて交差する。頂点５５ｃは、第１導波路領域Ｄ１３及び第１２エリア５１ｃ内に位置する。第１ライン５５ａは、第１１破線Ｄ１３ａと第１角度ＡＮ１Ｇ（図２の（ｂ）部を参照）で交差しており、第２ライン５５ｂは、第１２破線Ｄ１３ｂと第２角度ＡＮ２Ｇ（図２の（ｂ）部を参照）で交差している。第１１エリア５１ｂには第１マスク５５のパターンはない。第１２エリア５１ｃには、第１マスク５５のパターンを規定する第１ライン５５ａ及び第２ライン５５ｂが位置しており、第１３エリア５１ｄの第１ライン５５ａ及び第２ライン５５ｂは、第１導波路領域Ｄ１３外において延びる。
【００５０】
また、第１マスク５５は、第３ライン５５ｄ及び第４ライン５５ｅを有しており、第１マスク５５では、第３ライン５５ｄ及び第４ライン５５ｅが頂点５５ｆにおいて交差する。頂点５５ｆは、第２導波路領域Ｄ１５及び第１２エリア５１ｃ内に位置する。第３ライン５５ｄは、第２１破線Ｄ１５ａと第３角度ＡＮ３Ｇ（図２の（ｂ）部を参照）で交差しており、第４ライン５５ｅは、第２２破線Ｄ１５ｂと第４角度ＡＮ４Ｇ（図２の（ｂ）部を参照）で交差している。第１１エリア５１ｂには第１マスク５５のパターンはない。第１２エリア５１ｃには、第１マスク５５のパターンを規定する第３ライン５５ｄ及び第４ライン５５ｅが位置しており、第１３エリア５１ｄの第３ライン５５ｄ及び第４ライン５５ｅは、第２導波路領域Ｄ１５外に延びている。
【００５１】
本実施例では、第１３エリア５１ｄにおいて、第１ライン５５ａ及び第４ライン５５ｅが接続されることなく、例えば第１マスク５５の第５ライン５５ｇ及び第６ライン５５ｈを介して互いに接続される。第５ライン５５ｇ及び第６ライン５５ｈは頂点５５ｉで接続される。第１ライン５５ａは、第５ライン５５ｇに頂点５５ｊにおいて接続され、第４ライン５５ｅは、第６ライン５５ｈに頂点５５ｋにおいて接続される。
【００５２】
第１ライン５５ａ及び第２ライン５５ｂは、第１突起ＰＪ１を形成するように頂点５５ｃにおいて接続され、第３ライン５５ｄ及び第４ライン５５ｅは、第２突起ＰＪ２を形成するように頂点５５ｆにおいて接続され、第５ライン５５ｇ及び第６ライン５５ｈは、第３突起ＰＪ３を形成するように頂点５５ｉで接続される。第１突起ＰＪ１、第２突起ＰＪ２及び第３突起ＰＪ３は同じ向きを向いている。第１ライン５５ａ及び第５ライン５５ｇは、第４逆突起ＰＪ４（くさび）を形成するように頂点５５ｊにおいて接続され、第４ライン５５ｅ及び第６ライン５５ｈは、第５逆突起ＰＪ５（くさび）を形成するように頂点５５ｋで接続される。第４逆突起ＰＪ４及び第５逆突起ＰＪ５の向きは、第１突起ＰＪ１、第２突起ＰＪ２及び第３突起ＰＪ３の向きと逆である。第３突起ＰＪ３並びに第４逆突起ＰＪ４及び第５逆突起ＰＪ５の形成により、第１ライン５５ａ及び第４ライン５５ｅが長く延在して第１導波路領域Ｄ１３と第２導波路領域Ｄ１５との間のエリアに深くくさびを形成することを避けることができる。深いくさびは、２つのアーム導波路間に所望の長さの電極を設ける観点で、結果として、アーム導波路の長さを大きくすることになる。
【００５３】
第１マスク５５に関して、第１ライン５５ａ及び第２ライン５５ｂは、それぞれ、第１角度ＡＮ１Ｇ及び第２角度ＡＮ２Ｇ（図１参照）で第１１破線Ｄ１３ａ及び第１２破線Ｄ１３ｂに交差している。これらの角度は、第１１破線Ｄ１３ａ及び第１２破線Ｄ１３ｂに対して規定されており、本実施例では、第１１破線Ｄ１３ａ及び第１２破線Ｄ１３ｂは、例えばＩｎＰ基板の［１−１０］方向に向いている。第１角度ＡＮ１Ｇ及び第２角度ＡＮ２Ｇは、ゼロ度でなく、また９０度でない。これらは、コンタクト層の除去のエッチングのための第１マスク５５の縁が導波路の両メサ側面の上縁と成す角度の関係を示している。この関係を満たすに第１マスク５５を用いてコンタクト層のための第４半導体層５３ｄを予備的にパターン形成することによって、アーム導波路のための半導体メサを形成するためのエッチングにおいて、この半導体メサから延出する望まれない半導体壁の形成を避けることができる。また、上記の関係では、第１ライン５５ａ及び第２ライン５５ｂが頂点５５ｃで接続されて第１突起ＰＪ１を形成することは必須ではなく、第１ライン５５ａ及び第２ライン５５ｂは別のラインを介して結ばれていても良い。第５ライン５５ｇ及び第６ライン５５ｈが第３突起ＰＪ３を形成することも必須ではなく、第５ライン５５ｇ及び第６ライン５５ｈは別のラインを介して結ばれていても良い。また、第１ライン５５ａ及び第２ライン５５ｂは、単一の線分を構成するように接続されることができる。
【００５４】
第１マスク５５を用いて、例えばエッチャントとして硫酸／過酸化水素／水の混合液を用いるエッチングを用いる選択エッチングを第４半導体層５３ｄに行って、第４半導体層５３ｄが予備的に加工されて半導体層５７が形成されると共に第３半導体層５３ｃの表面が部分的に露出される。
【００５５】
半導体層５７は、第１マスク５５のラインに対応した縁を有する。半導体層５７は、第１ライン５５ａ、第２ライン５５ｂ、第３ライン５５ｄ及び第４ライン５５ｅそれぞれに対応する第１縁５７ａ、第２縁５７ｂ、第３縁５７ｄ及び第４縁５７ｅを有する。第１ライン５５ａ及び第２ライン５５ｂが、それぞれ、第１角度ＡＮ１Ｇ及び第２角度ＡＮ２Ｇ（図１参照）で第１１破線Ｄ１３ａ及び第１２破線Ｄ１３ｂに交差するので、第１１破線Ｄ１３ａ及び第１２破線Ｄ１３ｂの近傍において第１縁５７ａ及び第２縁５７ｂは順メサ形状を成す。また、第３ライン５５ｄ及び第４ライン５５ｅが、それぞれ、第３角度ＡＮ３Ｇ及び第４角度ＡＮ４Ｇ（図２参照）で第２１破線Ｄ１５ａ及び第２２破線Ｄ１５ｂに交差するので、第２１破線Ｄ１５ａ及び第２２破線Ｄ１５ｂの近傍において第３縁５７ｄ及び第４縁５７ｅは順メサ形状を成す。本実施形態に係るマッハツェンダー変調器１１の作製工程において、このエッチングの後に、例えばバッファードフッ酸を用いて第１マスク５５を除去する。
【００５６】
図６の（ａ）部は、予備的にパターン形成されたコンタクト層のための半導体層を形成した後における導波路形成のためのマスクパターンを、基板主面における一素子の区画内のうち第１及び第２アーム導波路を含むエリアにおいて示す平面図であり、図６の（ｂ）部は、図６の（ａ）部におけるＶＩｂ−ＶＩｂ線にそって取られた断面図である。第１マスク５５を除去した後に、アーム導波路のための半導体メサを形成するための第２マスク５９を形成する。本実施例では、第２マスク５９は、シリコン系無機絶縁膜をＣＶＤ法により成膜した後に、シリコン系無機絶縁膜にフォトリソグラフィ及びドライエッチングを適用して形成される。図６の（ａ）部及び（ｂ）部を参照すると、第２マスク５９は、第１アーム導波路のための第１導波路パターン５９ａ及び第２アーム導波路のための第２導波路パターン５９ｂを含む。第１導波路パターン５９ａは、半導体層５７の第１端部５７ｃを覆うように第１端部５７ｃ上を通過しており、第１導波路パターン５９ａの第１１縁５９ａａは、半導体層５７の第１縁５７ａと第１交差点ＣＲ１において交差し、第１導波路パターン５９ａの第１２縁５９ａｂは、半導体層５７の第２縁５７ｂと第２交差点ＣＲ２において交差する。第１導波路パターン５９ａの第１１縁５９ａａは、半導体層５７の第１縁５７ａと第１角度ＡＮ１Ｇ度を成し、第１導波路パターン５９ａの第１２縁５９ａｂは、半導体層５７の第２縁５７ｂと第２角度ＡＮ２Ｇ度を成す。第２導波路パターン５９ｂは、半導体層５７の第２端部５７ｆを覆うように第２端部５７ｆ上を通過しており、第２導波路パターン５９ｂの第２１縁５９ｂａは、半導体層５７の第３縁５７ｄと第３交差点ＣＲ３において交差し、第２導波路パターン５９ｂの第２２縁５９ｂｂは、半導体層５７の第４縁５７ｅと第４交差点ＣＲ４において交差する。第２導波路パターン５９ｂの第２１縁５９ｂａは、半導体層５７の第３縁５７ｄと第３角度ＡＮ３Ｇ度を成し、第２導波路パターン５９ｂの第２２縁５９ｂｂは、半導体層５７の第４縁５７ｅと第４角度ＡＮ４Ｇ度を成す。コンタクト層のための半導体層５７の側面と第４半導体層５３ｄの選択エッチング後に露出した第３半導体層５３ｃの表面との間の角度（ＸＺ平面に平行な面が例えば第２縁５７ｂを横切る断面における角度）は、例えば６０度である。
【００５７】
半導体層５７は、第１１エリア５１ｂには形成されず、第１２エリア５１ｃにおいては第１導波路パターン５９ａ及び第２導波路パターン５９ｂの下に在り、第１３エリア５１ｄにおいて、第１導波路パターン５９ａ及び第２導波路パターン５９ｂの下、並びに第１導波路パターン５９ａ及び第２導波路パターン５９ｂから露出されている。
【００５８】
図７の（ａ）部は、オプショナルな工程における一素子の区画内のうち、第１及び第２アーム導波路を含むエリアを示す平面図であり、図７の（ｂ）部は、図７の（ａ）部におけるＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ線にそって取られた断面図である。本実施例では導波路が［１−１０］方向に向くと共に、コンタクト層のための半導体層の縁が［１−１０］方向（導波路メサ側面が延在する方向）に対して傾斜を成すように該半導体層に予めパターン形成を施している。図５に示された第４逆突起ＰＪ４及び第５逆突起ＰＪ５の付近には逆メサが形成されている可能性がある。逆メサの下に第２マスク５９のためのシリコン系無機絶縁膜が入り込んでいる可能性がある。必要な場合には、これを除くために、導波路メサのためのエッチングに先だって、レジストマスク６５を形成する。このレジストマスク６５を用いて、第４逆突起ＰＪ４及び第５逆突起ＰＪ５の付近の半導体層５７を部分的に除去するようにしても良い。レジストマスク６５は、第４逆突起ＰＪ４及び第５逆突起ＰＪ５を含むエリア上に第１開口６５ａ及び第２開口６５ｂを有する。レジストマスク６５を用いて、エッチャント例えばバッファードフッ酸によりシリコン系無機絶縁膜を局所的に除去する。引き続く説明において、上記のオプショナルな工程は、本作製工程に適用されない。
【００５９】
図８の（ａ）部は、エッチングにより形成された導波路メサを、基板主面における一素子の区画内のうち第１及び第２アーム導波路を含むエリアにおいて示す平面図であり、図８の（ｂ）部は、図８の（ａ）部におけるＶＩＩＩｂ−ＶＩＩＩｂ線にそって取られた断面図である。第２マスク５９を用いて、予備的にパターン形成されたコンタクト層のための半導体層５７及び残りの半導体層（５３ａ、５３ｂ、５３ｃ）をエッチングして、導波路のための導波路メサ６３を形成する。このエッチングは例えばエッチャント例えばハロゲン系ガスによって行われる。
【００６０】
図８の（ａ）部に示されるように、第１１エリア５１ｂには、予めパターン形成された半導体層５７が存在しないので、半導体積層４１を備える導波路メサ６３及び薄膜半導体領域６１ｆが形成され、薄膜半導体領域６１ｆは、導電性半導体領域３１と同じ材料からなる。導波路メサ６３は、半導体積層４１を備え、コンタクト層４３を備えない。第１２エリア５１ｃには、予めパターン形成された半導体層５７が第２マスク５９の下に位置していたので、半導体積層４１と該半導体積層４１上のコンタクト層４３を備える導波路メサ６３と、薄膜半導体領域６１ｆとが形成される。導波路メサ６３の上面では、コンタクト層４３が終端する。第１３エリア５１ｄには、第２マスク５９が位置したエリアに、半導体積層４１と該半導体積層４１上のコンタクト層４３を備える導波路メサ６３（半導体積層４１と該半導体積層４１上のコンタクト層４３を備える積層体）と、予めパターン形成された半導体層５７が位置したエリアに厚膜半導体領域６１ｅとが形成され、予めパターン形成された半導体層５７が位置しないエリアには薄膜半導体領域６１ｆが形成される。メサエッチングにより、Ｓｉドープのｎ型ＩｎＰクラッド層のための第１半導体層５３ａから第１クラッド層４１ｄが形成され、アンドープのＡｌＧａＩｎＡｓ／ＡｌＩｎＡｓ多重量子井戸構造のコア層のための第２半導体層５３ｂからコア層４１ｅが形成され、Ｚｎドープのｐ型ＩｎＰクラッド層のための第３半導体層５３ｃから第２クラッド層４１ｆが形成される。第１クラッド層４１ｄ、コア層４１ｅ及び第２クラッド層４１ｆは、ＩｎＰ基板５１のＩｎＰ主面５１ａへの法線軸の方向に配列される。導波路メサ形成のためのドライエッチングの後、第２マスク５９を除去する。
【００６１】
図９の（ａ）部は、素子分離メサを形成する工程を示す平面図であり、基板主面における一素子の区画内のうち第１及び第２アーム導波路を含むエリアを示す。図９の（ｂ）部は、図９の（ａ）部におけるＩＸｂ−ＩＸｂ線にそって取られた断面図である。図９の（ａ）部及び（ｂ）部に示されるように、第２マスク５９を除去してから、素子分離メサ６９の形状を規定する第３マスク６７を形成する。第３マスク６７は、ＩｎＰ基板５１のＩｎＰ主面５１ａにおいて導電性半導体領域３１を形成するエリアを覆う。本実施例では、第３マスク６７は、レジストマスクを備える。第３マスク６７を用いて、ＩｎＰ基板５１のＩｎＰ主面５１ａ上の厚膜半導体領域６１ｅ及び薄膜半導体領域６１ｆの異方性ドライエッチングを行って、素子分離メサ６９を形成する。この工程におけるエッチング深さは、例えば０．８μｍ程度である。また、このエッチングにおいては、第３マスク６７が覆わないエリアには、ＩｎＰ基板５１が露出する。また、エッチングの後において、コンタクト層の予備的なエッチングにより下地の半導体領域に形成された段差が引き継がれて、ＩｎＰ基板５１に段差が形成される。この段差は、下地の半導体領域に形成された段差の順メサ形状を引き継いで順メサ形状を有する。一方、導電性半導体領域３１の縁、つまり素子分離メサ６９の縁は、上記段差の順メサ形状より切り立ったほぼ垂直の形状を有する。素子分離メサ６９を形成した後に、第３マスク６７を除去する。
【００６２】
図１０の（ａ）部は、樹脂膜を形成する工程を示す平面図であり、基板主面における一素子の区画内のうち第１及び第２アーム導波路を含むエリアを示す。図１０の（ｂ）部は、図１０の（ａ）部におけるＸｂ−Ｘｂ線にそって取られた断面図である。素子分離メサ６９を形成した後に、図１０の（ａ）部及び（ｂ）部に示されるように、ＩｎＰ基板５１の全面に、保護膜７１を成長する。保護膜７１は、例えばシリコン系無機絶縁膜、具体的にはシリコン酸化膜（例示すればＳｉＯ２）を備える。保護膜７１を形成した後に、導波路メサを埋め込むように樹脂７３をＩｎＰ基板５１の全面に塗布する。樹脂７３は、例えばベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）樹脂を備える。
【００６３】
図１１の（ａ）部は、電極を形成する工程を示す平面図であり、基板主面における一素子の区画内のうち第１及び第２アーム導波路を含むエリアを示す。図１１の（ｂ）部は、図１１の（ａ）部におけるＸＩｂ−ＸＩｂ線にそって取られた断面図である。樹脂７３を加工して、アノード電極及びカソード電極のための第１開口７５ａ及び第２開口７５ｂを含む樹脂体７５を形成する。樹脂体７５の第１開口７５ａは、第１３エリア５１ｄの導波路メサ６３の上面に設けられる。樹脂体７５の第２開口７５ｂは、第１３エリア５１ｄの素子分離メサ６９上に設けられる。第１開口７５ａ及び第２開口７５ｂを形成した後に、保護膜７１をエッチングして、第１絶縁膜開口７１ａ及び第２絶縁膜開口７１ｂを形成する。第１絶縁膜開口７１ａ及び第１開口７５ａには、コンタクト層４３が現れている。第２絶縁膜開口７１ｂ及び第２開口７５ｂには、導電性半導体領域３１が現れている。第１開口７５ａを介してコンタクト層４３に接触を成す第１電極７７ａを形成すると共に、第２開口７５ｂを介して導電性半導体領域３１に接触を成す第２電極７７ｂを形成する。
【００６４】
これらの工程により、マッハツェンダー変調器１１が作製される。マッハツェンダー変調器１１は、図１及び図２に示される導波路構造を有する。以上説明したように、上記の作製方法（マッハツェンダー変調器を作製する方法）では、第１導電型クラッド層のための第１半導体層５３ａ、コア層のための第２半導体層５３ｂ、第２導電型クラッド層のための第３半導体層５３ｃ及びコンタクト層のための第４半導体層５３ｄを含む半導体積層体５３上に、第１マスク５５を作製する。この第１マスク５５を用いて半導体積層体５３内のコンタクト層のための第４半導体層５３ｄをエッチングして、パターン形成された半導体層５７を形成する。第１マスク５５を除去した後に、アーム導波路のためのパターンを有する第２マスク５９を、パターン形成された半導体層５７及び半導体積層体５３上に形成する。第２マスク５９を用いてパターン形成された半導体層５７及び半導体積層体５３をエッチングして、分岐導波路及びアーム導波路のための導波路メサ６３を形成する。
【００６５】
この製造方法において、予めパターン形成された半導体層５７の縁（５７ａ、５７ｂ、５７ｄ、５７ｅ）は、半導体層５７のＩＩＩ−Ｖ化合物半導体の結晶軸［１−１０］に対してゼロ及び直角と異なる角度で傾斜している。このような、予めパターン形成された半導体層５７の縁に対して、導波路メサは、ゼロ及び直角と異なる角度で傾斜している。この製造方法により、導波路メサ６３上の上面においてコンタクト層４３を終端させることができると共に、この終端のための構造に付随して、望まれない半導体壁が形成されることを避けることができる。
【００６６】
具体的には、第２マスク５９は、アーム導波路のための導波路メサ６３の一側面及び他側面をそれぞれ規定する第１１縁５９ａａ（第２１縁５９ｂａ）及び第１２縁５９ａｂ（第２２縁５９ｂｂ）を有する。第１１縁５９ａａ（第２１縁５９ｂａ）及び第１２縁５９ａｂ（第２２縁５９ｂｂ）がパターン形成された半導体層５７の縁を横切るに際して、パターン形成された半導体層５７の縁に、第１１縁５９ａａ（第２１縁５９ｂａ）及び第１２縁５９ａｂ（第２２縁５９ｂｂ）の各々が直交しないように交差している。半導体層５７の第１縁５７ａ（５７ｄ）は、第１１縁５９ａａ（第２１縁５９ｂａ）に対して９０度と異なる第１交差角度で傾斜している。パターン形成された半導体層５７の第２縁５７ｂ（５７ｅ）は、第１２縁５９ａｂ（第２２縁５９ｂｂ）に対して９０度と異なる第２交差角度で傾斜している。
【００６７】
半導体積層体５３はＩｎＰ基板５１のＩｎＰ主面５１ａ上に設けられ、このＩｎＰ主面５１ａは、第１１エリア５１ｂ、第１２エリア５１ｃ及び第１３エリア５１ｄを含み、第１１エリア５１ｂ、第１２エリア５１ｃ及び第１３エリア５１ｄは、導波軸の方向に順に配列されている。導波路メサ６３は、第１メサ構造６３ｂ、第２メサ構造６３ｃ、及び第３メサ構造６３ｄを含む（図８参照）。第１メサ構造６３ｂ、第２メサ構造６３ｃ、及び第３メサ構造６３ｄは、それぞれ、第１１エリア５１ｂ、第１２エリア５１ｃ及び第１３エリア５１ｄ上に設けられる。第１メサ構造６３ｂは半導体積層４１を含み、第２メサ構造６３ｃは、半導体積層４１と、該半導体積層４１の上面上に設けられた第１コンタクト部４３ａとを含み、第３メサ構造６３ｄは、半導体積層４１と、該半導体積層４１の上面上に設けられた第２コンタクト部４３ｂとを含む。第１コンタクト部４３ａ及び第２コンタクト部４３ｂはコンタクト層４３を構成する。
【００６８】
図２に示される参照符合を部分的に用いて説明を続ける。第２メサ構造６３ｃは第１導波路側面（３５ａ）及び第２導波路側面（３５ｂ）を有する。第２メサ構造６３ｃの第１コンタクト部４３ａは、半導体積層４１の上面上においてコンタクト層４３が終端する縁（４３ｃ）を有する。縁（４３ｃ）は、第１導波路側面（３５ａ）の近傍の半導体積層４１の上面（４１ｃ）において第１基準面（ＲＥ１Ｆ）の方向に延在して第１導波路側面（３５ａ）に到達する。第２メサ構造６３ｃの上面と第１基準面（ＲＥ１Ｆ）との第１交差線は、９０度と異なる第１角度（ＡＮ１Ｇ）で第１導波路側面（３５ａ）の上縁に対して傾斜する。縁（４３ｃ）は第２導波路側面（３５ｂ）の近傍の半導体積層４１の上面（４１ｃ）において第２基準面（ＲＥ２Ｆ）の方向に延在して第２導波路側面（３５ｂ）に到達する。第２メサ構造６３ｃの上面と第２基準面（２ＲＥＦ）との第２交差線は、９０度と異なる第２角度（ＡＮ２Ｇ）で第２導波路側面（３５ｂ）の上縁に対して傾斜する。
【００６９】
本実施形態を、マッハツェンダー変調器といった半導体光素子を参照しながら説明してきた。実施形態に係る半導体光素子では、導波路メサ上において最上層の半導体層（例えばコンタクト層）を終端させている。この終端に際して、望まれない半導体壁が導波路メサに接続されることを避けている。
【００７０】
図１２は、本実施形態に係るマッハツェンダー変調器の半導体導波路構造を示す平面図である。この実施例では、第１アーム半導体導波路１３及び第２アーム半導体導波路１５のコンタクト層４３の第１鋭角突起４３ｆが半導体積層４１の上面４１ｃ上に設けられる。また、コンタクト層４３の第１鋭角突起４３ｆは、コンタクト層のための半導体層に予めパターン形成したことに起因する。基板３９もまた、コンタクト層のための半導体層に予めパターン形成したことに起因する第２鋭角突起３９ｆを有する。第２鋭角突起３９ｆの長さＬ２を第１鋭角突起４３ｆの長さＬ１より小さくして、第１アーム半導体導波路１３と第２アーム半導体導波路１５との間隔を小さくしている。
【００７１】
図１３は、本実施形態に係るマッハツェンダー変調器の半導体導波路構造を示す平面図である。この実施例では、コンタクト層のための半導体層に予めパターン形成するマスクパターンにおいて、マスクパターンの縁は、［１−１０］軸に対して角度で傾斜する単一のラインだけでなく、互いに異なる角度で傾斜する複数のラインを備えることができる。導波路メサから離れたエリアにおいても、予めパターン形成された半導体層の縁に逆メサ形状が現れないように、［１−１０］軸に対して角度ＴＨ１はＴＨ２の１／２の角度以下であることが良い。
【００７２】
図１４は、本実施形態に係るマッハツェンダー変調器の半導体導波路構造を示す平面図である。この実施例では、望まれない半導体壁の形成を避けるために、導波路の側面とコンタクト層のなす角度を６０度以下であることが良い。このとき、第１角度ＡＮ１Ｇは第２角度ＡＮ２Ｇと異なっていてもよい。本実施形態においては、導波路メサの上面のほぼ中央にコンタクト層の先端が位置することが、所望の形状を高い安定性で作製することを可能にする。
【００７３】
本実施形態は、導波路メサの上面上においてコンタクト層の縁が単一の頂点で接続される形態に限定されない。図１５は、本実施形態に係るマッハツェンダー変調器の半導体導波路構造を示す平面図である。この実施例では、コンタクト層の縁の形状は、導波路の上面の縁の近傍において導波路の側面とコンタクト層のなす角度を６０度以下であるように規定されている一方で、導波路上面において導波路の両側面から離れたエリアでは、コンタクト層の縁が［１−１０］軸に対して実質的に直交する方向に延在する。導波路上面上において、コンタクト層の縁は突起を成すように接続されていなくてもよく、コンタクト層の縁は［１−１０］軸に対して傾斜した方向に直線状に延在することができる。
【００７４】
本実施形態は、導波路メサの上面上においてコンタクト層４３の縁４３ｃが複数の線分からなる形態に限定されず、コンタクト層４３の縁４３ｃが単一の直線に沿って延在していてもよい。図１６は、本実施形態に係るマッハツェンダー変調器の半導体導波路構造を示す平面図である。この実施例では、第１アーム半導体導波路１３及び第２アーム半導体導波路１５を通過する光の伝搬特性の差を小さくするために、予めパターン形成された半導体層の形状は、第１アーム半導体導波路１３と第２アーム半導体導波路１５との中心に位置し基板主面に沿って延在する軸に対して対称性を有する。予めパターン形成された半導体層の縁が、第１アーム半導体導波路１３及び第２アーム半導体導波路１５を形成するエリア近傍において［１−１０］軸に対して傾斜している。予めパターン形成された半導体層の２つの縁が、突状の形状を形成するように頂点ＶＴＸで接続されることがよい。頂点ＶＴＸにおける角度は約１２０度であることが好ましく、５度以上１２０度以下の範囲であってもよい。
【００７５】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本実施の形態では、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。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
以上説明したように、本実施形態によれば、マッハツェンダー変調器が提供される。このマッハツェンダー変調器によれば、コンタクト層による不要な光吸収を低減する一方でコンタクト層による良好な電気接触を可能にし、不所望な突起状の半導体による光散乱を回避できる。
【符号の説明】
【００７７】
１１…マッハツェンダー変調器、１３…第１アーム半導体導波路、１５…第２アーム半導体導波路、１７…第１分岐半導体導波路、１９…第２分岐半導体導波路、２１…第１電極、２３…第２電極、２５…第３電極、３１…導電性半導体領域、３３…第１半導体構造体、３５…第２半導体構造体、３７…第３半導体構造体、３９…基板、３９ａ…主面、３９ｂ…第１エリア、３９ｃ…第２エリア、３９ｄ…第３エリア、４１…半導体積層、４１ｄ…第１クラッド層、４１ｅ…コア層、４１ｆ…第２クラッド層、４３ａ…第１コンタクト部、４３ｂ…第２コンタクト部、４３…コンタクト層、ＡＮ１Ｇ…第１角度、３５ａ…第１導波路側面、３５ｂ…第２導波路側面、ＡＮ２Ｇ…第２角度。
【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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【図１５】
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【図１６】
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