光導波路構造を形成する方法、及び光導波路構造
【課題】 オフセットを設けることなく光損失を低減することを可能とする光導波路構造の形成方法を提供する。
【解決手段】 半導体積層６０Ａを基板２の上に設け、マスク７１を半導体積層６０Ａの上に形成し、マスク７１を用いて半導体積層６０Ａをエッチングして導波路メサ５、第１のテラス３、第２のテラス４、第１のトレンチ６、第２のトレンチ７を形成し、導波路メサ５を埋め込むように樹脂体９を設け、導波路メサ５の上面５ａ及び樹脂体９の上に金属体１０を設け、金属体１０を加熱した後に冷却する。金属体１０は、第１の領域２１の上に設けられた第１の部分１１と、第２の領域２２の上に設けられた第２の部分１２と、第１の部分と第２の部分とに接続され導波路メサ５の上面５ａに接合する第３の部分１３とを含む。第１の部分１１は、第２の部分１２よりも長い。
【解決手段】 半導体積層６０Ａを基板２の上に設け、マスク７１を半導体積層６０Ａの上に形成し、マスク７１を用いて半導体積層６０Ａをエッチングして導波路メサ５、第１のテラス３、第２のテラス４、第１のトレンチ６、第２のトレンチ７を形成し、導波路メサ５を埋め込むように樹脂体９を設け、導波路メサ５の上面５ａ及び樹脂体９の上に金属体１０を設け、金属体１０を加熱した後に冷却する。金属体１０は、第１の領域２１の上に設けられた第１の部分１１と、第２の領域２２の上に設けられた第２の部分１２と、第１の部分と第２の部分とに接続され導波路メサ５の上面５ａに接合する第３の部分１３とを含む。第１の部分１１は、第２の部分１２よりも長い。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路構造を形成する方法、及び光導波路構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記技術分野の従来技術として、例えば特許文献１に記載の光導波路が知られている。この光導波路は、一対の直線部と、直線部同士を接続する屈曲した屈曲部とを含む。一般に、屈曲した導波路を伝播する光の強度分布は、その屈曲の径方向外側に偏ることが知られている。この強度分布の偏りに起因して、直線部と屈曲部との接続部において光損失が生じる場合がある。このような問題に対して、特許文献１に記載の光導波路では、直線部と屈曲部との接続部分において互いの中心軸をずらす（すなわちオフセットを設ける）ことによって、屈曲部における強度分布の偏りに起因した光損失の低減を図っている。特に、特許文献１には、所定の計算式を用いることにより比較的少ない演算量でもってオフセット量を算出する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１０９１６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１に開示されたオフセット量設計方法を用いてもなお、最適なオフセット量を算出することは容易でない。このため、例えば、種々のオフセット量の複数の光導波路を実際に作成し、その結果から最適なオフセット量を選ぶという方法が行われることが多い。また、最適なオフセット量が光の波長によって異なるので、一定のオフセット量が設定された光導波路を広い波長範囲において用いることが困難であった。
【０００５】
また、たとえ上述したような方法で最適なオフセット量を求めることができたとしても、半導体の製造プロセスにおけるリソグラフィの精度では、例えばレジストマスクの微細な構造が丸まる等するため、そのオフセット量を正確に反映した光導波路を製造することが困難であった。
【０００６】
本発明は、そのような事情に鑑みてなされたものであり、オフセットを設けることなく光損失を低減可能な光導波路構造を形成する方法、及び光導波路構造を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る光導波路構造を形成する方法は、導波路メサと、第１及び第２のテラスと、第１のテラスと導波路メサとで規定される第１のトレンチと、第２のテラスと導波路メサとで規定される第２のトレンチとを含む光導波路構造を形成する方法であって、屈曲した基準線に交差する方向に沿って配列された第１の領域及び第２の領域と、第１の領域と第２の領域との間に位置する第３の領域とを含む主面を有する基板を用意する工程と、第１のクラッド層のための第１のIII-V族化合物半導体膜、コア層のための第２のIII-V族化合物半導体膜、及び第２のクラッド層のための第３のIII-V族化合物半導体膜を含む半導体積層を基板の主面の上に設ける工程と、導波路メサ、第１のテラス、及び第２のテラスを規定する第１のマスクを半導体積層の上に形成する工程と、第１のマスクを用いて半導体積層をエッチングすることにより、導波路メサ、第１のテラス、第２のテラス、第１のトレンチ、及び第２のトレンチを形成する工程と、導波路メサの上面、第１のテラスの上面、第２のテラスの上面、第１のトレンチの内面、及び第２のトレンチの内面の上に絶縁膜を形成する工程と、導波路メサを埋め込むように絶縁膜の上に樹脂体を設ける工程と、導波路メサの上面の上において樹脂体及び絶縁膜に開口部を設ける工程と、導波路メサの上面及び樹脂体の上に金属体を設ける工程と、金属体を加熱した後に冷却する工程と、を備え、導波路メサは、第１のクラッド層、コア層、及び第２のクラッド層を含み、第１のクラッド層、コア層、及び第２のクラッド層は基板の主面の上に順に積層されており、第１のテラス及び第１のトレンチは、第１の領域の上に設けられ、第２のテラス及び第２のトレンチは、第２の領域の上に設けられ、導波路メサは、第３の領域の上に設けられ、導波路メサは、屈曲した基準線に沿って延在しており、金属体は、第１の領域及び樹脂体の上面の上に設けられた第１の部分と、第２の領域及び樹脂体の上面の上に設けられた第２の部分と、第１の部分と第２の部分とに接続され導波路メサの上面に接合する第３の部分とを含み、第１の部分と第３の部分との接続部から第１の部分のエッジまでの距離は、第２の部分と第３の部分との接続部から第２の部分のエッジまでの距離よりも大きい、ことを特徴とする。
【０００８】
この方法においては、基板の上に設けられた半導体積層をエッチングすることにより、導波路メサ、第１のテラス、第２のテラス、第１のトレンチ、及び第２のトレンチを形成する。導波路メサ、第１のトレンチ、及び第２のトレンチは、屈曲した基準線に沿って延在している。続いて、導波路メサの上面、第１のテラスの上面、第２のテラスの上面、第１のトレンチの内面、及び第２のトレンチの内面の上に絶縁膜を形成した後に、導波路メサを埋め込むようにその絶縁膜の上に樹脂体を設ける。続いて、導波路メサの上面を露出するように樹脂体及び絶縁膜に開口部を設ける。そして、導波路メサの上面及び樹脂体の上に金属体を形成する。この金属体は、基板の主面の第１の領域及び樹脂体の上に配置された第１の部分と、基板の主面の第２の領域及び樹脂体の上に配置された第２の部分と、第１の部分と前記第２の部分とに接続され導波路メサの上面に接触する第３の部分とを含む。また、その金属体において、第１の部分と第３の部分との接続部から第１の部分のエッジまでの距離は、第２の部分と第３の部分との接続部から第２の部分のエッジまでの距離よりも大きい。つまり、この金属体は、第１の部分が第２の部分よりも長い。続く工程では、この金属体を一旦加熱した後に冷却する。
【０００９】
金属体の加熱のときには金属体の下の樹脂体も加熱され、ある程度柔らかくなる。そして、冷却のときには、まず、金属体の温度が低下し、続いて、金属体の下の樹脂体の温度が低下する。その際に、第１の領域の上の樹脂体の方が、第２の領域の上の樹脂体よりも早く冷却される。これは、第１の領域の上に設けられた金属体（第１の部分）の方が、第２の領域の上に設けられた金属体（第２の部分）よりも長いためである。このため、第１の領域の上の樹脂体の方が、第２の領域の上の樹脂体よりも、金属体を介した放熱が効率よく行われる結果、早く冷却される。つまり、第２の領域の上の樹脂体が硬化する前に、第１の領域の上の樹脂体が硬化する。第１の領域の上の樹脂体の硬化時の収縮により、導波路メサを基板の主面の法線方向に対して傾斜させると共に、導波路メサを基板の主面の法線方向に沿って圧縮するような応力が生じる。特に、導波路メサを基板の主面の法線方向に対して傾斜させるような応力は、樹脂体の収縮に伴って金属体が引っ張られることにより、その金属体に接合された導波路メサに伝達される。このため、この方法により形成される光導波路構造においては、導波路メサが基板の主面の法線方向に対して傾斜していると共に、導波路メサのコア層の断面内において歪の分布が生じている。
【００１０】
その歪の分布により、この導波路メサのコア層の断面内には、バンドギャップの分布が生じる。バンドギャップの分布が生じると、導波路メサのコア層の断面内に屈折率の分布が生じる。上述したように、屈曲した導波路を伝播する光の強度分布は、その屈曲の径方向外側に偏るが、この屈折率の分布を利用することによって、その強度分布の偏りを抑制することが可能となる。したがって、この方法により形成される光導波路構造を用いれば、屈曲した導波路における強度分布の偏りに起因して導波路の接続部で生じる光損失を、オフセットを設けることなく低減することが可能となる。
【００１１】
本発明に係る光導波路構造を形成する方法は、第１のマスクを形成する前に、コンタクト層のための第４のIII-V族化合物半導体膜を半導体積層の上に形成する工程と、第４のIII-V族化合物半導体膜の上に第２のマスクを形成する工程と、第２のマスクを用いて第４のIII-V族化合物半導体膜をエッチングすることにより、第５のIII-V族化合物半導体膜を形成する工程と、をさらに備え、第１のマスクを形成する工程においては、半導体積層及び第５のIII-V族化合物半導体膜の上に第１のマスクを形成し、導波路メサ、第１のテラス、第２のテラス、第１のトレンチ、及び第２のトレンチを形成する工程においては、第１のマスクを用いて半導体積層及び第５のIII-V族化合物半導体膜をエッチングすることにより、導波路メサ、第１のテラス、第２のテラス、第１のトレンチ、及び第２のトレンチを形成し、導波路メサは、第２のクラッド層の上に積層されたコンタクト層を含む、ことができる。この方法によれば、コンタクト層の上面を導波路メサの上面として金属体と接触させることが可能となる。
【００１２】
本発明に係る光導波路構造を形成する方法は、金属体に接続された第１の電極を形成する工程と、基板の裏面の上に第２の電極を形成する工程と、をさらに備えることができる。この方法によれば、導波路メサのコア層に電流を注入することにより、導波路メサのコア層における屈折率の分布を調整することが可能な光導波路構造を形成することができる。
【００１３】
本発明に係る光導波路構造を形成する方法においては、金属体は、Ｔｉからなる金属膜を含み、Ｔｉからなる金属膜は導波路の上面に接合していることができる。この方法によれば、金属体と導波路メサとの密着性が良好となる。このため、樹脂体の収縮を金属体から導波路メサに確実に伝達することが可能となる。その結果、導波路メサのコア層の断面内における歪の分布を好適に生じさせることができる。
【００１４】
本発明に係る光導波路構造を形成する方法においては、第１の部分と第３の部分との接続部から第１の部分のエッジまでの距離と、第２の部分と第３の部分との接続部から第２の部分のエッジまでの距離との差は、５μｍ以上であることができる。この方法によれば、金属体の冷却のときに、第１の領域の上の樹脂体の方が、第２の領域の上の樹脂体よりも確実に早く冷却される。その結果、導波路メサのコア層の断面内における歪の分布を好適に生じさせることができる。
【００１５】
本発明に係る光導波路構造を形成する方法においては、コア層は、ＡｌＧａＩｎＡｓからなる井戸層と、ＡｌＩｎＡｓからなるバリア層とを含む量子井戸構造を有することができる。この方法によれば、導波路メサのコア層の断面内における歪の分布に応じて、屈折率の分布を確実に生じさせることができる。
【００１６】
本発明に係る光導波路構造を形成する方法においては、基板の主面からの導波路メサの高さは、導波路メサの幅の２倍以上４倍以下であることができる。この方法によれば、導波路メサに破損を生じさせることなく確実に導波路メサを傾斜させることができる。
【００１７】
ここで、上記課題を解決するために、本発明に係る光導波路構造は、屈曲した基準線に交差する方向に配列された第１及び第２の領域と、第１の領域と第２の領域との間に位置する第３の領域とを含む主面を有する基板と、第１の領域の上に設けられIII-V族化合物半導体からなる第１のテラスと、第２の領域の上に設けられIII-V族化合物半導体からなる第２のテラスと、第３の領域の上に設けられIII-V族化合物半導体からなる導波路メサと、第１の領域の上において、第１のテラスと導波路メサとで規定される第１のトレンチと、第２の領域の上において、第２のテラスと導波路メサとで規定される第２のトレンチと、第１のテラスの上面、第２のテラスの上面、第１のトレンチの内面、及び第２のトレンチの内面の上に設けられ、導波路メサの上面の上に開口部を有する絶縁膜と、導波路メサを埋め込むように絶縁膜の上に設けられ、導波路メサの上面の上に開口部を有する樹脂体と、導波路メサの上面及び樹脂体の上に設けられた金属体と、を備え、導波路メサは、屈曲した基準線に沿って延在しており、導波路メサは、第１のクラッド層、コア層、第２のクラッド層、及びコンタクト層を含み、第１のクラッド層、コア層、第２のクラッド層、及びコンタクト層は、基板の主面の上に順に積層されており、金属体は、第１の領域及び樹脂体の上面の上に設けられた第１の部分と、第２の領域及び樹脂体の上面の上に設けられた第２の部分と、第１の部分と第２の部分とに接続され導波路メサの上面に接合する第３の部分とを含み、第１の部分と第３の部分との接続部から第１の部分のエッジまでの距離は、第２の部分と第３の部分との接続部から第２の部分のエッジまでの距離よりも大きく、導波路メサは、基板の主面の法線方向に対して傾斜している、ことを特徴とする。
【００１８】
この光導波路構造においては、導波路メサの傾斜に伴って、導波路メサのコア層の断面内において歪の分布が生じる。このため、導波路メサのコア層の断面内において屈折率の分布が生じる。したがって、その屈折率の分布を利用することにより、屈曲した導波路メサを伝播する光の強度分布の偏りを抑制することが可能となる。したがって、この光導波路構造によれば、オフセットを設けることなく光損失を低減することが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、オフセットを設けることなく光損失を低減可能な光導波路構造を形成する方法、及び光導波路構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態に係る光導波路構造の構成を模式的に示す図である。
【図２】本実施形態に係る光導波路構造を形成する方法の主要な工程を示す図である。
【図３】本実施形態に係る光導波路構造を形成する方法の主要な工程を示す図である。
【図４】本実施形態に係る光導波路構造を形成する方法の主要な工程を示す図である。
【図５】本実施形態に係る光導波路構造を形成する方法の主要な工程を示す図である。
【図６】本実施形態に係る光導波路構造を形成する方法の主要な工程を示す図である。
【図７】本実施形態に係る光導波路構造を形成する方法の主要な工程を示す図である。
【図８】本実施形態に係る光導波路構造の導波路メサのコア層における歪の分布を示す図である。
【図９】比較例に係る光導波路構造の導波路メサのコア層における歪の分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る光導波路構造を形成する方法、及び光導波路構造の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００２２】
図１の（ａ）部は、本実施形態に係る光導波路構造を含む半導体光素子の一部を示す平面図である。半導体光素子としては、マッハツェンダー変調器や方向性結合器等が例示される。図１の（ｂ）部は、図１の（ａ）部のI−I線に沿っての模式的な断面図である。なお、図１の（ｂ）部に示される断面は、図１の（ａ）部に示される基準線ＲＬ１に直交する面である。
【００２３】
図１に示されるように、光導波路構造１は、基板２を備えている。基板２は、主面２ａと裏面２ｂとを有している。主面２ａは、第１の領域２１、第２の領域２２、及び第３の領域２３を含む。第１の領域２１及び第２の領域２２は、円弧状に屈曲した基準線ＲＬ１に交差する方向（ここでは直交する方向）に配列されている。第１の領域２１及び第２の領域２２は、基準線ＲＬ１の径方向内側から外側に向かう方向に順に配列されている。第３の領域２３は、第１の領域２１と第２の領域２２との間に位置している。第３の領域２３は、基準線ＲＬ１に沿って延びている。基板２は、第１導電型（例えばｎ型）のIII-V族化合物半導体からなる。基板２のIII-V族化合物半導体は、例えばＩｎＰとすることができる。
【００２４】
光導波路構造１は、III-V族化合物半導体からなる第１のテラス３を備えている。第１のテラス３は、基板２の主面２ａの第１の領域２１の上に設けられている。第１のテラス３は、第１のクラッド層３１、コア層３２、及び第２のクラッド層３３を有している。第１のクラッド層３１、コア層３２、及び第２のクラッド層３３は、基板２の主面２ａの上に順に積層されている。
【００２５】
光導波路構造１は、III-V族化合物半導体からなる第２のテラス４を備えている。第２のテラス４は、基板２の主面２ａの第２の領域２２の上に設けられている。第２のテラス４は、第１のクラッド層４１、コア層４２、及び第２のクラッド層４３を有している。第１のクラッド層４１、コア層４２、及び第２のクラッド層４３は、基板２の主面２ａの上に順に積層されている。
【００２６】
光導波路構造１は、III-V族化合物半導体からなる導波路メサ５を備えている。導波路メサ５は、基板２の主面２ａの第３の領域２３の上に設けられている。基板２の主面２ａからの導波路メサ５の高さは、例えば４μｍ程度である。導波路メサ５は、第１のクラッド層５１、コア層５２、第２のクラッド層５３、及びコンタクト層５４を有している。第１のクラッド層５１、コア層５２、第２のクラッド層５３、及びコンタクト層５４は、基板２の主面２ａの上に順に積層されている。導波路メサ５は、基板２の主面２ａの法線方向に対して、基準線ＲＬ１の径方向内側に向けて傾斜している。主面２ａの法線方向に対する導波路メサ５の傾斜角度は、例えば３度程度である。
【００２７】
導波路メサ５は、一対の側面５ｂａ，５ｂｂを有している。側面５ｂａ及び側面５ｂｂは、第１の領域２１から第２の領域２２に向かう方向に配列されている。側面５ｂａは、後述する第１のトレンチ６を規定する側面である。換言すれば、側面５ｂａは、導波路メサ５の傾斜方向内側の側面である。さらに換言すれば、側面５ｂａは、基準線ＲＬ１の径方向内側の側面である。側面５ｂｂは、後述する第２のトレンチ７を規定する側面である。換言すれば、側面５ｂｂは、導波路メサ５の傾斜方向外側の側面である。さらに換言すれば、側面５ｂｂは、基準線ＲＬ１の径方向外側の側面である。側面５ｂａは、側面５ｂｂよりも短い。より具体的には、側面５ｂａの主面２ａからの長さは、側面５ｂｂの主面２ａからの長さよりも短い。側面５ｂａの主面２ａからの長さと、側面５ｂｂの主面２ａからの長さと差は、例えば０．０２％以上０．１％以下とすることができる。
【００２８】
第１のクラッド層３１，４１，５１は、第１導電型のIII-V族化合物半導体からなる。第１のクラッド層３１，４１，５１のIII-V族化合物半導体は、例えばＩｎＰとすることができる。第２のクラッド層３３，４３，５３は、第２導電型（例えばｐ型）のIII-V族化合物半導体からなる。第２のクラッド層３３，４３，５３のIII-V族化合物半導体は、例えばＩｎＰとすることができる。コンタクト層５４は、第２導電型のIII-V族化合物半導体からなる。コンタクト層５４のIII-V族化合物半導体は、例えばＧａＩｎＡｓとすることができる。第２導電型のドーパントは、例えばＺｎとすることができる。
【００２９】
コア層３２，４２，５２は、例えば、井戸層とバリア層とを交互に積層した量子井戸構造を有することができる。井戸層の積層数は、例えば２５層とすることができる。バリア層の積層数は、例えば２６層とすることができる。井戸層及びバリア層は、III-V族化合物半導体からなる。井戸層のIII-V族化合物半導体は、例えばＡｌＧａＩｎＡｓとすることができる。バリア層のIII-V族化合物半導体は、例えばＡｌＩｎＡｓとすることができる。コア層３２，４２，５２のバンドギャップ波長は、例えば１．４μｍ程度である。
【００３０】
光導波路構造１は、第１のトレンチ６及び第２のトレンチ７を備えている。第１のトレンチ６は、基板２の主面２ａの第１の領域２１の上に設けられている。第１のトレンチ６は、第１のテラス３と導波路メサ５（側面５ｂａ）とによって規定されている。第２のトレンチ７は、基板２の主面２ａの第３の領域２３の上に設けられている。第２のトレンチ７は、第２のテラス４と導波路メサ５（側面５ｂｂ）とによって規定されている。
【００３１】
光導波路構造１は、絶縁膜８を備えている。絶縁膜８は、第１のテラス３の上面３ａ、第２のテラス４の上面４ａ、第１のトレンチ６の内面６ａ、及び第２のトレンチ７の内面７ａの上に設けられている。絶縁膜８は、導波路メサ５の上面５ａ（すなわコンタクト層５４の上面）の上に設けられた開口部８ａを有している。つまり、導波路メサ５の側面５ｂａ，５ｂｂは絶縁膜８に覆われており、導波路メサ５の上面５ａは絶縁膜８に覆われていない。絶縁膜８は、例えばシリコン酸化膜とすることができる。より具体的には、絶縁膜８は、ＳｉＯ２からなることができる。
【００３２】
光導波路構造１は、樹脂体９を備えている。樹脂体９は、導波路メサ５を埋め込むように絶縁膜８の上に設けられている。より具体的には、樹脂体９は、第１のトレンチ６及び第２のトレンチ７に充填されると共に、第１のテラス３及び第２のテラス４の上に設けられる。樹脂体９は、導波路メサ５の上面５ａの上に設けられた開口部９ａを有している。つまり、導波路メサ５の上面５ａは、樹脂体９に覆われておらず絶縁膜８及び樹脂体９から露出している。樹脂体９は、例えばＢＣＢからなることができる。
【００３３】
光導波路構造１は、金属体１０を備えている。金属体１０は、導波路メサ５の上面５ａ及び樹脂体９の上に設けられている。金属体１０は、第１の部分１１、第２の部分１２、及び第３の部分１３を有している。第１の部分１１は、第１の領域２１及び樹脂体９の上面９ｂの上に設けられている。第１の部分１１は、樹脂体９の上面９ｂに接合されている。第２の部分１２は、第２の領域２２及び樹脂体９の上面９ｂの上に設けられている。第２の部分１２は、樹脂体９の上面９ｂに接合されている。第３の部分１３は、樹脂体９の開口部９ａ及び絶縁膜８の開口部８ａにおいて導波路メサ５の上面５ａの上に設けられている。第３の部分１３は、導波路メサ５の上面５ａに接合されている。第３の部分１３は、第１の部分１１と第２の部分１２とに接続されている。
【００３４】
第１の部分１１と第３の部分１３との接続部Ｃ１から第１の部分１１のエッジＥ１までの距離Ｄ１は、第２の部分１２と第３の部分１３との接続部Ｃ２から第２の部分１２のエッジＥ２までの距離Ｄ２よりも大きい。したがって、金属体１０は、第１の部分１１が第２の部分１２よりも長く、第３の部分１３に対して非対称な形状となっている。距離Ｄ１と距離Ｄ２との差は、例えば５μｍ以上とすることができる。より具体的には、距離Ｄ１は、例えば１０μｍ程度とすることができる。距離Ｄ２は、例えば３μｍ程度とすることができる。金属体１０は、例えば、Ｔｉ，Ｐｔ，Ａｕの少なくともいずれかを含むことができる。例えば、金属体１０は、Ｔｉからなる金属膜、Ｐｔからなる金属膜、及びＡｕからなる金属膜を順に積層することにより形成することができる。特に、導波路メサ５の上面５ａと接合する金属膜は、Ｔｉからなる金属膜とすることができる。
【００３５】
光導波路構造１は、第１の電極１４及び第２の電極１５を備えている。第１の電極１４は、第１のテラス３及び樹脂体９の上に設けられている。第１の電極１４は、金属体１０の第１の部分１１に接続されている。第２の電極１５は、基板２の裏面２ｂの上に設けられている。光導波路構造１においては、第１の電極１４、第２の電極１５、及び金属体１０を用いることによって、導波路メサ５のコア層５２に電流を注入することができる。
【００３６】
ここで、導波路メサ５は、図１の（ａ）部に示されるように、円弧状に屈曲した基準線ＲＬ１に沿って延在している。また、第１のトレンチ６及び第２のトレンチ７は、導波路メサ５に沿って延在している。つまり、導波路メサ５、第１のトレンチ６、及び第２のトレンチ７は、本実施形態に係る半導体光素子Ｄにおける光導波路１００の第１の屈曲部１０１を構成している。図１の（ａ）部に示されるように、光導波路１００は、第１の屈曲部１０１の他に、第２の屈曲部１０２、第１の直線部１０３、及び第２の直線部１０４を有している。
【００３７】
第２の屈曲部１０２は、第１の屈曲部１０１と同様の構成からなるが、基準線ＲＬ１と反対の方向に円弧状に屈曲した基準線ＲＬ２に沿って延在している。第１の直線部１０３及び第２の直線部１０４は、主に、直線状に延在している点、及び、導波路メサ５がコンタクト層５４を有さない点で第１の屈曲部１０１と相違している。第１の屈曲部１０１と第２の屈曲部１０２、第１の屈曲部１０１と第１の直線部１０３、第２の屈曲部１０２と第２の直線部１０４は、オフセットを設けることなく接続されている。
【００３８】
引き続いて、光導波路構造１を形成する方法について説明する。図２〜６は、本実施形態に係る光導波路構造を形成する方法の主要な工程を示す図である。この方法においては、まず、図２の（ａ）部に示されるように、基板２を用意する（工程Ｓ１０１）。続いて、基板２の上に半導体積層６０を設ける（工程Ｓ１０２）。半導体積層６０は、第１のクラッド層３１，４１，５１のための第１のIII-V族化合物半導体膜６１、コア層３２，４２，５２のための第２のIII-V族化合物半導体膜６２、第２のクラッド層３３，４３，５３のための第３のIII-V族化合物半導体膜６３、及び、コンタクト層５４のための第４のIII-V族化合物半導体膜６４を含む。
【００３９】
この工程Ｓ１０２では、第１のIII-V族化合物半導体膜６１、第２のIII-V族化合物半導体膜６２、第３のIII-V族化合物半導体膜６３、及び第４のIII-V族化合物半導体膜６４を、基板２の主面２ａの上に順にエピタキシャル成長することにより、半導体積層６０を形成する。半導体積層６０における各半導体膜の成長は、例えば、有機金属気相成長法により行うことができる。
【００４０】
第１のIII-V族化合物半導体膜６１は、第１導電型（例えばｎ型）のIII-V族化合物半導体からなる。第１のIII-V族化合物半導体膜６１のIII-V族化合物半導体は、例えばＩｎＰとすることができる。第１のIII-V族化合物半導体膜６１における第１導電型ドーパント濃度は、例えば、５×１０１７ｃｍ−３程度である。第１のIII-V族化合物半導体膜６１の膜厚は、例えば７００ｎｍ程度である。
【００４１】
第２のIII-V族化合物半導体膜６２は、ノンドープのIII-V族化合物半導体層からなる。第２のIII-V族化合物半導体膜６２は、例えば、井戸層とバリア層とを交互に積層した量子井戸構造を有することができる。井戸層の積層数は、例えば２５層とすることができる。バリア層の積層数は、例えば２６層とすることができる。井戸層のIII-V族化合物半導体は、例えばＡｌＧａＩｎＡｓとすることができる。バリア層のIII-V族化合物半導体は、例えばＡｌＩｎＡｓとすることができる。第２のIII-V族化合物半導体膜６２のバンドギャップ波長は、例えば１．４μｍ程度である。第２のIII-V族化合物半導体膜６２の膜厚は、例えば３８０ｎｍ程度である。
【００４２】
第３のIII-V族化合物半導体膜６３は、第２導電型（例えばｐ型）のIII-V族化合物半導体からなる。第３のIII-V族化合物半導体膜６３のIII-V族化合物半導体は、例えばＩｎＰとすることができる。第３のIII-V族化合物半導体膜６３における第２導電型ドーパント濃度は、例えば、１×１０１８ｃｍ−３程度である。第３のIII-V族化合物半導体膜６３の膜厚は、例えば１５００ｎｍ程度である。
【００４３】
第４のIII-V族化合物半導体膜６４は、第２導電型のIII-V族化合物半導体からなる。第４のIII-V族化合物半導体膜６４のIII-V族化合物半導体は、例えばＧａＩｎＡｓとすることができる。第４のIII-V族化合物半導体膜６４における第２導電型ドーパント濃度は、例えば、２×１０１９ｃｍ−３程度である。第４のIII-V族化合物半導体膜６４の膜厚は、例えば２００ｎｍ程度である。
【００４４】
続いて、図２の（ｂ）部に示されるように、第４のIII-V族化合物半導体膜６４の上にマスク（第２のマスク）７０を形成する（工程Ｓ１０３）。ここで、基板２の主面２ａの第１の領域２１は、第１の部分領域２１ａと第２の部分領域２１ｂとを含む。第１の部分領域２１ａ及び第２の部分領域２１ｂは、基準線ＲＬ１に交差する方向に配列されている。また、基板２の主面２ａの第２の領域２２は、第３の部分領域２２ａと第４の部分領域２２ｂとを含む。第３の部分領域２２ａ及び第４の部分領域２２ｂは、基準線ＲＬ１に交差する方向に配列されている。
【００４５】
第１の部分領域２１ａの上には、後の工程において第１のテラス３が設けられる。第２の部分領域２１ｂの上には、後の工程において第１のトレンチ６が設けられる。第３の部分領域２２ａの上には、後の工程において第２のトレンチ７が設けられる。第４の部分領域２２ｂの上には、後の工程において第２のテラス４が設けられる。この工程Ｓ１０３においては、第２の部分領域２１ｂの少なくとも一部、第３の部分領域２２ａの少なくとも一部、及び第３の領域２３の上に、マスク７０を形成する。したがって、第１の部分領域２１ａ及び第４の部分領域２２ｂの上にはマスク７０が形成されない。マスク７０の幅は、導波路メサ５の幅よりも大きい。マスク７０は、例えばシリコン窒化物からなることができる。より具体的には、マスク７０は、例えばＳｉＮからなることができる。
【００４６】
この工程Ｓ１０３においては、例えば、次のようにマスク７０を形成することができる。すなわち、この工程Ｓ１０３においては、まず、第４のIII-V族化合物半導体膜６４の上に、例えば化学気相成長法によりＳｉＮ膜を堆積する。続いて、そのＳｉＮ膜の上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィー法によりレジストマスクを形成する。そして、レジストマスクを用いてＳｉＮ膜をドライエッチングし、マスク７０を形成する。
【００４７】
続いて、図３の（ａ）部に示されるように、マスク７０を用いて第４のIII-V族化合物半導体膜６４をエッチングする（工程Ｓ１０４）。この工程Ｓ１０４のエッチングにより、第４のIII-V族化合物半導体膜６４から第５のIII-V族化合物半導体膜６５が形成される。また、この工程Ｓ１０４のエッチングにより、半導体積層６０Ａの一部が露出する。半導体積層６０Ａは、第１のIII-V族化合物半導体膜６１、第２のIII-V族化合物半導体膜６２、及び第３のIII-V族化合物半導体膜６３を含む。この工程Ｓ１０４のエッチングの後、マスク７０を除去する。
【００４８】
続いて、図３の（ｂ）部に示されるように、第１のテラス３、第２のテラス４、及び導波路メサ５を規定するマスク（第１のマスク）７１を、半導体積層６０Ａの上に形成する（工程Ｓ１０５）。マスク７１は、第１のマスク部７１ａ、第２のマスク部７１ｂ、及び第３のマスク部７１ｃを含む。第１のマスク部７１ａは、第１の部分領域２１ａ及び半導体積層６０Ａの上に設けられており、第１のテラス３を規定する。第２のマスク部７１ｂは、第４の部分領域２２ｂ及び半導体積層６０Ａの上に設けられており、第２のテラス４を規定する。第３のマスク部７１ｃは、第３の領域２３及び第５のIII-V族化合物半導体膜６５の上に設けられており、導波路メサ５を規定する。マスク７１は、第２の部分領域２１ｂ、及び第３の部分領域２２ａの上には設けられていない。マスク７１は、マスク７０と同様の材料から同様の方法により形成することができる。
【００４９】
続いて、図４の（ａ）部に示されるように、マスク７１を用いて半導体積層６０Ａ及び第５のIII-V族化合物半導体膜６５をエッチングする（工程Ｓ１０６）。この工程Ｓ１０６のエッチングは、例えば、ハロゲン系ガス（例えば、塩素やヨウ化水素等）を用いたドライエッチングとすることができる。このエッチングの後、マスク７１を除去する。この工程Ｓ１０６のエッチングにより、第１のテラス３、第２のテラス４、導波路メサ５、第１のトレンチ６、及び第２のトレンチ７が形成される。第１のテラス３は、第１のクラッド層３１、コア層３２、及び第２のクラッド層３３を含む。第２のテラス４は、第１のクラッド層４１、コア層４２、及び第２のクラッド層を含む。導波路メサ５は、第１のクラッド層５１、コア層５２、及び第２のクラッド層５３を含む。さらに、導波路メサ５は、この工程Ｓ１０６のエッチングにより第５のIII-V族化合物半導体膜６５から形成されたコンタクト層５４を含む。
【００５０】
ここで、基板２の主面２ａからの導波路メサ５の高さは、例えば４μｍ程度である。また、例えば、基板２の主面２ａからの導波路メサ５の高さは、導波路メサ５の幅の２倍以上４倍以下とすることができる。さらに、第１のトレンチ６を規定する導波路メサ５の側面５ｂａの主面２ａからの高さ（長さ）と、第２のトレンチ７を規定する導波路メサ５の側面５ｂｂの主面２ａからの高さ（長さ）とは、互いに略同一となっている。
【００５１】
続いて、図４の（ｂ）部に示されるように、絶縁膜８Ａを形成する（工程Ｓ１０７）。絶縁膜８Ａは、第１のテラス３の上面３ａ、第２のテラス４の上面４ａ、導波路メサ５の上面５ａ、第１のトレンチ６の内面６ａ、及び第２のトレンチ７の内面７ａの上に設けられる。この工程Ｓ１０７においては、絶縁膜８Ａは、例えば、化学気相成長法によりシリコン酸化物（例えばＳｉＯ２）を堆積することで形成することができる。
【００５２】
続いて、図５の（ａ）部に示されるように、導波路メサ５を埋め込むように絶縁膜８Ａの上に樹脂体９Ａを設ける（工程Ｓ１０８）。樹脂体９Ａは、第１のトレンチ６及び第２のトレンチ７に充填されると共に、第１のテラス３の上面３ａ、第２のテラス４の上面４ａ、及び導波路メサ５の上面５ａに設けられる。この工程Ｓ１０８では、例えば、ＢＣＢをスピンコートで塗布した後に、そのＢＣＢを窒素雰囲気下において摂氏２８０度〜摂氏３２０度の温度範囲で５分間程度ベークして熱硬化させることにより、樹脂体９Ａを形成することができる。樹脂体９Ａの厚さは、例えば１．５μｍ以上３．０μｍ以下とすることができる。
【００５３】
続いて、図５の（ｂ）部に示されるように、導波路メサ５の上面５ａを露出するように樹脂体９Ａ及び絶縁膜８Ａに開口部を設ける（工程Ｓ１０９）。この工程Ｓ１０９により、導波路メサ５の上面５ａの上に開口部８ａを有する絶縁膜８、及び、導波路メサ５の上面５ａの上に開口部９ａを有する樹脂体９が形成される。この工程Ｓ１０９においては、例えば、導波路メサ５の上面５ａの上に開口を有するレジストマスクを樹脂体９Ａの上に形成した後に、そのレジストマスクを用いたドライエッチング及びバッファードフッ酸によって、導波路メサ５の上面５ａの上の樹脂体９Ａ及び絶縁膜８Ａを除去することで、樹脂体９及び絶縁膜８を形成することができる。
【００５４】
続いて、図６の（ａ）部に示されるように、導波路メサ５の上面５ａ及び樹脂体９の上に金属体１０を設ける（工程Ｓ１０９）。金属体１０は、第１の部分１１、第２の部分１２、及び第３の部分１３を含む。第１の部分１１は、第１の領域２１及び樹脂体９の上面９ｂの上に設けられ、樹脂体９の上面９ｂに接合されている。第２の部分１２は、第２の領域２２及び樹脂体９の上面９ｂの上に設けられ、樹脂体９の上面９ｂに接合されている。第３の部分１３は、導波路メサ５の上面５ａの上に設けられ、導波路メサ５の上面５ａに接合されている。第３の部分１３は、第１の部分１１と第２の部分１２とを接続している。第１の部分１１と第３の部分１３との接続部Ｃ１から第１の部分１１のエッジＥ１までの距離Ｄ１は、第２の部分１２と第３の部分１３との接続部Ｃ２から第２の部分１２のエッジＥ２までの距離Ｄ２よりも大きい。
【００５５】
この工程Ｓ１１０においては、例えば、リフトオフ法により金属体１０を形成することができる。より具体的には、この工程Ｓ１１０においては、まず、金属体１０のためのパターンを有するレジストマスクを樹脂体９の上に形成する。続いて、Ｔｉ，Ｐｔ，Ａｕをこの順に真空蒸着する。その後、レジストマスクを除去（リフトオフ）することにより、金属体１０が形成される。このとき、Ｔｉからなる金属膜の膜厚は、例えば５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることができる。また、Ｐｔからなる金属膜の膜厚は、例えば５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることができる。また、Ａｕからなる金属膜の膜厚は、例えば１５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下とすることができる。
【００５６】
続いて、金属体１０を加熱して合金化する（工程Ｓ１１１）。この工程Ｓ１１１においては、例えば、窒素雰囲気下において５分以上１０分以下の時間で室温から摂氏３００度以上摂氏３５０度以下の温度範囲まで金属体１０の温度を上昇させる。摂氏３００度以上摂氏３５０度以下の温度範囲より低いと合金化せず、高いと樹脂が焦げてしまう虞がある。そして、この工程Ｓ１１１では、例えば、金属体１０の温度を摂氏３００度以上摂氏３５０度以下の温度範囲に２．５分以上５分以下程度の時間保持する。
【００５７】
続いて、金属体１０を冷却する（工程Ｓ１１２）。この工程Ｓ１１２では、例えば、まず、金属体１０の温度を１分以上３分以下程度の時間で摂氏１５０度程度まで降温する。その後に、室温の大気中に取り出して自然放冷する。
【００５８】
このように、金属体１０を工程Ｓ１１１で一旦加熱した後に、工程Ｓ１１２で冷却することにより、図６の（ｂ）部に示されるように、導波路メサ５が基板２の主面２ａに対して傾斜する。これは、以下の理由によると考えられる。すなわち、工程Ｓ１１１において金属体１０を加熱したとき、樹脂体９も加熱されてある程度柔らかくなる。その後、工程Ｓ１１２において金属体１０を冷却するときには、まず、金属体１０の温度が低下し、続いて金属体１０の下の樹脂体９の温度が低下する。
【００５９】
第１の領域２１の上に設けられた第１の部分１１が、第２の領域２２の上に設けられた第２の部分１２よりも長いため、樹脂体９のうちの第１の領域２１の上の部分（樹脂部９１）の方が、第２の領域の上の部分（樹脂部９２）よりも放熱性がよい。このため、樹脂体９の温度が低下するとき、樹脂部９１の方が、樹脂部９２よりも早く冷却される。このため、樹脂部９２が硬化する前に、樹脂部９１が硬化・収縮する。樹脂部９１収縮によって、樹脂部９１に接合された金属体１０が、第２の領域２２から第１の領域２１に向かう方向（基準線ＲＬ１の径方向外側から内側に向かう方向）に引っ張られる。これに伴い、金属体１０に接合された導波路メサ５に対して、同様の方向に応力が与えられる。その結果、同様の方向に導波路メサ５が傾斜する。
【００６０】
続づく工程では、図７の（ａ）部に示されるように、基板２の裏面２ｂを研磨して、基板２の厚さを、例えば３５０μ程度から１００μｍ程度まで薄くした後に、基板２の裏面２ｂの上に第２の電極１５を設ける（工程Ｓ１１３）。一方で、例えば第１のテラス３の上に、第１の電極１４を設ける。第１の電極１４及び第２の電極１５は、例えばリフトオフ法により形成することができる。
【００６１】
以上のように形成された光導波路構造１においては、導波路メサ５のコア層５２の断面内において、屈折率の分布が生じる。これは、以下の理由によると考えられる。上述したように、工程Ｓ１１１及び工程Ｓ１１２において、導波路メサ５に、第２の領域２２から第１の領域２１に向かう方向（すなわち主面２ａに沿った方向）の応力が与えられる。一方で、工程Ｓ１１１及び工程Ｓ１１２においては、樹脂部９１，９２の硬化・収縮に起因して、基板２の主面２ａの法線方向について導波路メサ５を圧縮するような応力が、導波路メサ５に与えられる。このため、光導波路構造１においては、導波路メサ５のコア層５２の断面内において、応力の分布が生じる。その応力の分布の結果、導波路メサ５のコア層５２には、図８に示されるような非対称な歪が生じる。
【００６２】
図８の（ａ）部及び（ｂ）部に示されるように、導波路メサ５のコア層５２におけるｘ軸方向引っ張り歪、及びｙ軸方向圧縮歪は、ｘ軸負方向に向かうにつれて（すなわち、導波路メサ５の傾斜の外側から内側に向かうにつれて）大きくなる。ここでのｘ軸方向は、基板２の主面２ａに沿って第１の領域２１から第２の領域２２へ向かう方向であり、ｙ軸方向は、基板２の主面２ａの法線に沿って裏面２ｂから主面２ａに向かう方向である。このように導波路メサ５のコア層５２に非対称な歪が生じると、コア層５２の断面内においてバンドギャップの分布が生じる。例えば、コア層５２がＡｌＧａＩｎＡｓ系量子井戸を有する場合、歪が相対的に大きい部分（例えば導波路メサ５の傾斜方向の内側に位置する部分）ではバンドギャップが小さくなる。
【００６３】
この導波路メサ５のコア層５２の断面内におけるバンドギャップの分布が、導波路メサ５のコア層５２の断面内における屈折率の分布を生じさせる。例えば、コア層５２がＡｌＧａＩｎＡｓ系量子井戸を有する場合、バンドギャップが相対的に小さい部分（例えば導波路メサ５の傾斜方向の内側に位置する部分）の屈折率が相対的に高くなる。以上のように、この光導波路構造１の形成方法においては、導波路メサ５のコア層５２の断面内において屈折率の分布を生じさせることができる。
【００６４】
上述したように、屈曲した導波路を伝播する光の強度分布は、その屈曲の径方向外側に偏るが、光導波路構造１においては、屈折率の分布を利用することによって、光の強度分布の偏りを抑制することが可能となる。したがって、この方法により形成される光導波路構造１を用いれば、例えば、光導波路１００の第１の屈曲部１０１と第１の直線部とを、オフセットを設けることなく接続した場合にも、光の強度分布の偏りに起因した光損失を低減することができる。
【００６５】
さらに、光導波路構造１は、第１の電極１５及び第２の電極１４を備えている。したがって、光導波路構造１においては、導波路メサ５のコア層５２に電流（電子）を注入することができる。注入された電子は、バンドギャップが相対的に小さい部分（例えば導波路メサ５の傾斜方向の内側に位置する部分）に存在しやすい。電子が存在すると、キャリアプラズマ効果によって、屈折率が低下する。したがって、バンドギャップが相対的に小さい部分の屈折率の向上を相殺することができる。このように、この光導波路構造１によれば、電流を注入することによって、導波路メサ５のコア層５２の断面内における屈折率の分布を調整することができる。
【００６６】
なお、本実施形態に係る方法によって形成された光導波路構造１においては、導波路メサ５に対して図８に示されるような非対称な歪が生じることから、導波路メサ５の側面５ｂａの長さと側面５ｂｂの長さとが互いに異なる。より具体的には、導波路メサ５の側面５ｂａは、側面５ｂｂよりも大きく圧縮されるため短くなっている。側面５ｂａの主面２ａからの長さと、側面５ｂｂの主面２ａからの長さと差は、例えば０．０２％以上０．１％以下程度である。
【００６７】
ここで、図７の（ｂ）部は、比較例に係る光導波路構造の構造を模式的に示す断面図である。この比較例に係る光導波路構造１Ａは、金属体１０を備えていない点、絶縁膜８に替えて絶縁膜８Ａを備える点、樹脂体９に替えて樹脂体９Ａを備える点、及び、導波路メサ５に替えて導波路メサ５Ａを備える点で、光導波路構造１と相違している。光導波路構造１Ａは、例えば、光導波路１００の第１の直線部１０３や第２の直線部１０４に用いられる。光導波路構造１Ａの導波路メサ５Ａは、コンタクト層５４を有していない点、及び基板２の主面２ａに対して傾斜していない点で導波路メサ５と相違している。このような光導波路構造１Ａにおいては、図９に示されるように、導波路メサ５Ａのコア層５２の断面内において歪が非対称とならない。
【００６８】
以上の実施形態は、本発明に係る光導波路構造を形成する方法、及び光導波路構造の一実施形態を説明したものであり、本発明に係る光導波路構造を形成する方法、及び光導波路構造は、上記のものに限定されない。本発明の光導波路構造を形成する方法、及び光導波路構造は、各請求項の要旨を変更しない範囲において、本実施形態に係る光導波路構造を形成する方法、及び光導波路構造を任意に変形したものとすることができる。
【符号の説明】
【００６９】
１…光導波路構造、２…基板、２ａ…主面、２ｂ…裏面、３…第１のテラス、３ａ…上面、４…第２のテラス、４ａ…上面、５…導波路メサ、５ａ…上面、５ｂ…側面、６…第１のトレンチ、６ａ…内面、７…第２のトレンチ、７ａ…内面、８…絶縁膜、８ａ…開口部、９…樹脂体、９ａ…開口部、９ｂ…上面、１０…金属体、１１…第１の部分、１２…第２の部分、１３…第３の部分、１４…第１の電極、１５…第２の電極、２１…第１の領域、２２…第２の領域、２３…第３の領域、３１，４１，５１…第１のクラッド層、３２，４２，５２…コア層、３３，４３，５３…第２のクラッド層、５４…コンタクト層、６０，６０Ａ…半導体積層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路構造を形成する方法、及び光導波路構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記技術分野の従来技術として、例えば特許文献１に記載の光導波路が知られている。この光導波路は、一対の直線部と、直線部同士を接続する屈曲した屈曲部とを含む。一般に、屈曲した導波路を伝播する光の強度分布は、その屈曲の径方向外側に偏ることが知られている。この強度分布の偏りに起因して、直線部と屈曲部との接続部において光損失が生じる場合がある。このような問題に対して、特許文献１に記載の光導波路では、直線部と屈曲部との接続部分において互いの中心軸をずらす（すなわちオフセットを設ける）ことによって、屈曲部における強度分布の偏りに起因した光損失の低減を図っている。特に、特許文献１には、所定の計算式を用いることにより比較的少ない演算量でもってオフセット量を算出する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１０９１６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１に開示されたオフセット量設計方法を用いてもなお、最適なオフセット量を算出することは容易でない。このため、例えば、種々のオフセット量の複数の光導波路を実際に作成し、その結果から最適なオフセット量を選ぶという方法が行われることが多い。また、最適なオフセット量が光の波長によって異なるので、一定のオフセット量が設定された光導波路を広い波長範囲において用いることが困難であった。
【０００５】
また、たとえ上述したような方法で最適なオフセット量を求めることができたとしても、半導体の製造プロセスにおけるリソグラフィの精度では、例えばレジストマスクの微細な構造が丸まる等するため、そのオフセット量を正確に反映した光導波路を製造することが困難であった。
【０００６】
本発明は、そのような事情に鑑みてなされたものであり、オフセットを設けることなく光損失を低減可能な光導波路構造を形成する方法、及び光導波路構造を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る光導波路構造を形成する方法は、導波路メサと、第１及び第２のテラスと、第１のテラスと導波路メサとで規定される第１のトレンチと、第２のテラスと導波路メサとで規定される第２のトレンチとを含む光導波路構造を形成する方法であって、屈曲した基準線に交差する方向に沿って配列された第１の領域及び第２の領域と、第１の領域と第２の領域との間に位置する第３の領域とを含む主面を有する基板を用意する工程と、第１のクラッド層のための第１のIII-V族化合物半導体膜、コア層のための第２のIII-V族化合物半導体膜、及び第２のクラッド層のための第３のIII-V族化合物半導体膜を含む半導体積層を基板の主面の上に設ける工程と、導波路メサ、第１のテラス、及び第２のテラスを規定する第１のマスクを半導体積層の上に形成する工程と、第１のマスクを用いて半導体積層をエッチングすることにより、導波路メサ、第１のテラス、第２のテラス、第１のトレンチ、及び第２のトレンチを形成する工程と、導波路メサの上面、第１のテラスの上面、第２のテラスの上面、第１のトレンチの内面、及び第２のトレンチの内面の上に絶縁膜を形成する工程と、導波路メサを埋め込むように絶縁膜の上に樹脂体を設ける工程と、導波路メサの上面の上において樹脂体及び絶縁膜に開口部を設ける工程と、導波路メサの上面及び樹脂体の上に金属体を設ける工程と、金属体を加熱した後に冷却する工程と、を備え、導波路メサは、第１のクラッド層、コア層、及び第２のクラッド層を含み、第１のクラッド層、コア層、及び第２のクラッド層は基板の主面の上に順に積層されており、第１のテラス及び第１のトレンチは、第１の領域の上に設けられ、第２のテラス及び第２のトレンチは、第２の領域の上に設けられ、導波路メサは、第３の領域の上に設けられ、導波路メサは、屈曲した基準線に沿って延在しており、金属体は、第１の領域及び樹脂体の上面の上に設けられた第１の部分と、第２の領域及び樹脂体の上面の上に設けられた第２の部分と、第１の部分と第２の部分とに接続され導波路メサの上面に接合する第３の部分とを含み、第１の部分と第３の部分との接続部から第１の部分のエッジまでの距離は、第２の部分と第３の部分との接続部から第２の部分のエッジまでの距離よりも大きい、ことを特徴とする。
【０００８】
この方法においては、基板の上に設けられた半導体積層をエッチングすることにより、導波路メサ、第１のテラス、第２のテラス、第１のトレンチ、及び第２のトレンチを形成する。導波路メサ、第１のトレンチ、及び第２のトレンチは、屈曲した基準線に沿って延在している。続いて、導波路メサの上面、第１のテラスの上面、第２のテラスの上面、第１のトレンチの内面、及び第２のトレンチの内面の上に絶縁膜を形成した後に、導波路メサを埋め込むようにその絶縁膜の上に樹脂体を設ける。続いて、導波路メサの上面を露出するように樹脂体及び絶縁膜に開口部を設ける。そして、導波路メサの上面及び樹脂体の上に金属体を形成する。この金属体は、基板の主面の第１の領域及び樹脂体の上に配置された第１の部分と、基板の主面の第２の領域及び樹脂体の上に配置された第２の部分と、第１の部分と前記第２の部分とに接続され導波路メサの上面に接触する第３の部分とを含む。また、その金属体において、第１の部分と第３の部分との接続部から第１の部分のエッジまでの距離は、第２の部分と第３の部分との接続部から第２の部分のエッジまでの距離よりも大きい。つまり、この金属体は、第１の部分が第２の部分よりも長い。続く工程では、この金属体を一旦加熱した後に冷却する。
【０００９】
金属体の加熱のときには金属体の下の樹脂体も加熱され、ある程度柔らかくなる。そして、冷却のときには、まず、金属体の温度が低下し、続いて、金属体の下の樹脂体の温度が低下する。その際に、第１の領域の上の樹脂体の方が、第２の領域の上の樹脂体よりも早く冷却される。これは、第１の領域の上に設けられた金属体（第１の部分）の方が、第２の領域の上に設けられた金属体（第２の部分）よりも長いためである。このため、第１の領域の上の樹脂体の方が、第２の領域の上の樹脂体よりも、金属体を介した放熱が効率よく行われる結果、早く冷却される。つまり、第２の領域の上の樹脂体が硬化する前に、第１の領域の上の樹脂体が硬化する。第１の領域の上の樹脂体の硬化時の収縮により、導波路メサを基板の主面の法線方向に対して傾斜させると共に、導波路メサを基板の主面の法線方向に沿って圧縮するような応力が生じる。特に、導波路メサを基板の主面の法線方向に対して傾斜させるような応力は、樹脂体の収縮に伴って金属体が引っ張られることにより、その金属体に接合された導波路メサに伝達される。このため、この方法により形成される光導波路構造においては、導波路メサが基板の主面の法線方向に対して傾斜していると共に、導波路メサのコア層の断面内において歪の分布が生じている。
【００１０】
その歪の分布により、この導波路メサのコア層の断面内には、バンドギャップの分布が生じる。バンドギャップの分布が生じると、導波路メサのコア層の断面内に屈折率の分布が生じる。上述したように、屈曲した導波路を伝播する光の強度分布は、その屈曲の径方向外側に偏るが、この屈折率の分布を利用することによって、その強度分布の偏りを抑制することが可能となる。したがって、この方法により形成される光導波路構造を用いれば、屈曲した導波路における強度分布の偏りに起因して導波路の接続部で生じる光損失を、オフセットを設けることなく低減することが可能となる。
【００１１】
本発明に係る光導波路構造を形成する方法は、第１のマスクを形成する前に、コンタクト層のための第４のIII-V族化合物半導体膜を半導体積層の上に形成する工程と、第４のIII-V族化合物半導体膜の上に第２のマスクを形成する工程と、第２のマスクを用いて第４のIII-V族化合物半導体膜をエッチングすることにより、第５のIII-V族化合物半導体膜を形成する工程と、をさらに備え、第１のマスクを形成する工程においては、半導体積層及び第５のIII-V族化合物半導体膜の上に第１のマスクを形成し、導波路メサ、第１のテラス、第２のテラス、第１のトレンチ、及び第２のトレンチを形成する工程においては、第１のマスクを用いて半導体積層及び第５のIII-V族化合物半導体膜をエッチングすることにより、導波路メサ、第１のテラス、第２のテラス、第１のトレンチ、及び第２のトレンチを形成し、導波路メサは、第２のクラッド層の上に積層されたコンタクト層を含む、ことができる。この方法によれば、コンタクト層の上面を導波路メサの上面として金属体と接触させることが可能となる。
【００１２】
本発明に係る光導波路構造を形成する方法は、金属体に接続された第１の電極を形成する工程と、基板の裏面の上に第２の電極を形成する工程と、をさらに備えることができる。この方法によれば、導波路メサのコア層に電流を注入することにより、導波路メサのコア層における屈折率の分布を調整することが可能な光導波路構造を形成することができる。
【００１３】
本発明に係る光導波路構造を形成する方法においては、金属体は、Ｔｉからなる金属膜を含み、Ｔｉからなる金属膜は導波路の上面に接合していることができる。この方法によれば、金属体と導波路メサとの密着性が良好となる。このため、樹脂体の収縮を金属体から導波路メサに確実に伝達することが可能となる。その結果、導波路メサのコア層の断面内における歪の分布を好適に生じさせることができる。
【００１４】
本発明に係る光導波路構造を形成する方法においては、第１の部分と第３の部分との接続部から第１の部分のエッジまでの距離と、第２の部分と第３の部分との接続部から第２の部分のエッジまでの距離との差は、５μｍ以上であることができる。この方法によれば、金属体の冷却のときに、第１の領域の上の樹脂体の方が、第２の領域の上の樹脂体よりも確実に早く冷却される。その結果、導波路メサのコア層の断面内における歪の分布を好適に生じさせることができる。
【００１５】
本発明に係る光導波路構造を形成する方法においては、コア層は、ＡｌＧａＩｎＡｓからなる井戸層と、ＡｌＩｎＡｓからなるバリア層とを含む量子井戸構造を有することができる。この方法によれば、導波路メサのコア層の断面内における歪の分布に応じて、屈折率の分布を確実に生じさせることができる。
【００１６】
本発明に係る光導波路構造を形成する方法においては、基板の主面からの導波路メサの高さは、導波路メサの幅の２倍以上４倍以下であることができる。この方法によれば、導波路メサに破損を生じさせることなく確実に導波路メサを傾斜させることができる。
【００１７】
ここで、上記課題を解決するために、本発明に係る光導波路構造は、屈曲した基準線に交差する方向に配列された第１及び第２の領域と、第１の領域と第２の領域との間に位置する第３の領域とを含む主面を有する基板と、第１の領域の上に設けられIII-V族化合物半導体からなる第１のテラスと、第２の領域の上に設けられIII-V族化合物半導体からなる第２のテラスと、第３の領域の上に設けられIII-V族化合物半導体からなる導波路メサと、第１の領域の上において、第１のテラスと導波路メサとで規定される第１のトレンチと、第２の領域の上において、第２のテラスと導波路メサとで規定される第２のトレンチと、第１のテラスの上面、第２のテラスの上面、第１のトレンチの内面、及び第２のトレンチの内面の上に設けられ、導波路メサの上面の上に開口部を有する絶縁膜と、導波路メサを埋め込むように絶縁膜の上に設けられ、導波路メサの上面の上に開口部を有する樹脂体と、導波路メサの上面及び樹脂体の上に設けられた金属体と、を備え、導波路メサは、屈曲した基準線に沿って延在しており、導波路メサは、第１のクラッド層、コア層、第２のクラッド層、及びコンタクト層を含み、第１のクラッド層、コア層、第２のクラッド層、及びコンタクト層は、基板の主面の上に順に積層されており、金属体は、第１の領域及び樹脂体の上面の上に設けられた第１の部分と、第２の領域及び樹脂体の上面の上に設けられた第２の部分と、第１の部分と第２の部分とに接続され導波路メサの上面に接合する第３の部分とを含み、第１の部分と第３の部分との接続部から第１の部分のエッジまでの距離は、第２の部分と第３の部分との接続部から第２の部分のエッジまでの距離よりも大きく、導波路メサは、基板の主面の法線方向に対して傾斜している、ことを特徴とする。
【００１８】
この光導波路構造においては、導波路メサの傾斜に伴って、導波路メサのコア層の断面内において歪の分布が生じる。このため、導波路メサのコア層の断面内において屈折率の分布が生じる。したがって、その屈折率の分布を利用することにより、屈曲した導波路メサを伝播する光の強度分布の偏りを抑制することが可能となる。したがって、この光導波路構造によれば、オフセットを設けることなく光損失を低減することが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、オフセットを設けることなく光損失を低減可能な光導波路構造を形成する方法、及び光導波路構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態に係る光導波路構造の構成を模式的に示す図である。
【図２】本実施形態に係る光導波路構造を形成する方法の主要な工程を示す図である。
【図３】本実施形態に係る光導波路構造を形成する方法の主要な工程を示す図である。
【図４】本実施形態に係る光導波路構造を形成する方法の主要な工程を示す図である。
【図５】本実施形態に係る光導波路構造を形成する方法の主要な工程を示す図である。
【図６】本実施形態に係る光導波路構造を形成する方法の主要な工程を示す図である。
【図７】本実施形態に係る光導波路構造を形成する方法の主要な工程を示す図である。
【図８】本実施形態に係る光導波路構造の導波路メサのコア層における歪の分布を示す図である。
【図９】比較例に係る光導波路構造の導波路メサのコア層における歪の分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る光導波路構造を形成する方法、及び光導波路構造の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００２２】
図１の（ａ）部は、本実施形態に係る光導波路構造を含む半導体光素子の一部を示す平面図である。半導体光素子としては、マッハツェンダー変調器や方向性結合器等が例示される。図１の（ｂ）部は、図１の（ａ）部のI−I線に沿っての模式的な断面図である。なお、図１の（ｂ）部に示される断面は、図１の（ａ）部に示される基準線ＲＬ１に直交する面である。
【００２３】
図１に示されるように、光導波路構造１は、基板２を備えている。基板２は、主面２ａと裏面２ｂとを有している。主面２ａは、第１の領域２１、第２の領域２２、及び第３の領域２３を含む。第１の領域２１及び第２の領域２２は、円弧状に屈曲した基準線ＲＬ１に交差する方向（ここでは直交する方向）に配列されている。第１の領域２１及び第２の領域２２は、基準線ＲＬ１の径方向内側から外側に向かう方向に順に配列されている。第３の領域２３は、第１の領域２１と第２の領域２２との間に位置している。第３の領域２３は、基準線ＲＬ１に沿って延びている。基板２は、第１導電型（例えばｎ型）のIII-V族化合物半導体からなる。基板２のIII-V族化合物半導体は、例えばＩｎＰとすることができる。
【００２４】
光導波路構造１は、III-V族化合物半導体からなる第１のテラス３を備えている。第１のテラス３は、基板２の主面２ａの第１の領域２１の上に設けられている。第１のテラス３は、第１のクラッド層３１、コア層３２、及び第２のクラッド層３３を有している。第１のクラッド層３１、コア層３２、及び第２のクラッド層３３は、基板２の主面２ａの上に順に積層されている。
【００２５】
光導波路構造１は、III-V族化合物半導体からなる第２のテラス４を備えている。第２のテラス４は、基板２の主面２ａの第２の領域２２の上に設けられている。第２のテラス４は、第１のクラッド層４１、コア層４２、及び第２のクラッド層４３を有している。第１のクラッド層４１、コア層４２、及び第２のクラッド層４３は、基板２の主面２ａの上に順に積層されている。
【００２６】
光導波路構造１は、III-V族化合物半導体からなる導波路メサ５を備えている。導波路メサ５は、基板２の主面２ａの第３の領域２３の上に設けられている。基板２の主面２ａからの導波路メサ５の高さは、例えば４μｍ程度である。導波路メサ５は、第１のクラッド層５１、コア層５２、第２のクラッド層５３、及びコンタクト層５４を有している。第１のクラッド層５１、コア層５２、第２のクラッド層５３、及びコンタクト層５４は、基板２の主面２ａの上に順に積層されている。導波路メサ５は、基板２の主面２ａの法線方向に対して、基準線ＲＬ１の径方向内側に向けて傾斜している。主面２ａの法線方向に対する導波路メサ５の傾斜角度は、例えば３度程度である。
【００２７】
導波路メサ５は、一対の側面５ｂａ，５ｂｂを有している。側面５ｂａ及び側面５ｂｂは、第１の領域２１から第２の領域２２に向かう方向に配列されている。側面５ｂａは、後述する第１のトレンチ６を規定する側面である。換言すれば、側面５ｂａは、導波路メサ５の傾斜方向内側の側面である。さらに換言すれば、側面５ｂａは、基準線ＲＬ１の径方向内側の側面である。側面５ｂｂは、後述する第２のトレンチ７を規定する側面である。換言すれば、側面５ｂｂは、導波路メサ５の傾斜方向外側の側面である。さらに換言すれば、側面５ｂｂは、基準線ＲＬ１の径方向外側の側面である。側面５ｂａは、側面５ｂｂよりも短い。より具体的には、側面５ｂａの主面２ａからの長さは、側面５ｂｂの主面２ａからの長さよりも短い。側面５ｂａの主面２ａからの長さと、側面５ｂｂの主面２ａからの長さと差は、例えば０．０２％以上０．１％以下とすることができる。
【００２８】
第１のクラッド層３１，４１，５１は、第１導電型のIII-V族化合物半導体からなる。第１のクラッド層３１，４１，５１のIII-V族化合物半導体は、例えばＩｎＰとすることができる。第２のクラッド層３３，４３，５３は、第２導電型（例えばｐ型）のIII-V族化合物半導体からなる。第２のクラッド層３３，４３，５３のIII-V族化合物半導体は、例えばＩｎＰとすることができる。コンタクト層５４は、第２導電型のIII-V族化合物半導体からなる。コンタクト層５４のIII-V族化合物半導体は、例えばＧａＩｎＡｓとすることができる。第２導電型のドーパントは、例えばＺｎとすることができる。
【００２９】
コア層３２，４２，５２は、例えば、井戸層とバリア層とを交互に積層した量子井戸構造を有することができる。井戸層の積層数は、例えば２５層とすることができる。バリア層の積層数は、例えば２６層とすることができる。井戸層及びバリア層は、III-V族化合物半導体からなる。井戸層のIII-V族化合物半導体は、例えばＡｌＧａＩｎＡｓとすることができる。バリア層のIII-V族化合物半導体は、例えばＡｌＩｎＡｓとすることができる。コア層３２，４２，５２のバンドギャップ波長は、例えば１．４μｍ程度である。
【００３０】
光導波路構造１は、第１のトレンチ６及び第２のトレンチ７を備えている。第１のトレンチ６は、基板２の主面２ａの第１の領域２１の上に設けられている。第１のトレンチ６は、第１のテラス３と導波路メサ５（側面５ｂａ）とによって規定されている。第２のトレンチ７は、基板２の主面２ａの第３の領域２３の上に設けられている。第２のトレンチ７は、第２のテラス４と導波路メサ５（側面５ｂｂ）とによって規定されている。
【００３１】
光導波路構造１は、絶縁膜８を備えている。絶縁膜８は、第１のテラス３の上面３ａ、第２のテラス４の上面４ａ、第１のトレンチ６の内面６ａ、及び第２のトレンチ７の内面７ａの上に設けられている。絶縁膜８は、導波路メサ５の上面５ａ（すなわコンタクト層５４の上面）の上に設けられた開口部８ａを有している。つまり、導波路メサ５の側面５ｂａ，５ｂｂは絶縁膜８に覆われており、導波路メサ５の上面５ａは絶縁膜８に覆われていない。絶縁膜８は、例えばシリコン酸化膜とすることができる。より具体的には、絶縁膜８は、ＳｉＯ２からなることができる。
【００３２】
光導波路構造１は、樹脂体９を備えている。樹脂体９は、導波路メサ５を埋め込むように絶縁膜８の上に設けられている。より具体的には、樹脂体９は、第１のトレンチ６及び第２のトレンチ７に充填されると共に、第１のテラス３及び第２のテラス４の上に設けられる。樹脂体９は、導波路メサ５の上面５ａの上に設けられた開口部９ａを有している。つまり、導波路メサ５の上面５ａは、樹脂体９に覆われておらず絶縁膜８及び樹脂体９から露出している。樹脂体９は、例えばＢＣＢからなることができる。
【００３３】
光導波路構造１は、金属体１０を備えている。金属体１０は、導波路メサ５の上面５ａ及び樹脂体９の上に設けられている。金属体１０は、第１の部分１１、第２の部分１２、及び第３の部分１３を有している。第１の部分１１は、第１の領域２１及び樹脂体９の上面９ｂの上に設けられている。第１の部分１１は、樹脂体９の上面９ｂに接合されている。第２の部分１２は、第２の領域２２及び樹脂体９の上面９ｂの上に設けられている。第２の部分１２は、樹脂体９の上面９ｂに接合されている。第３の部分１３は、樹脂体９の開口部９ａ及び絶縁膜８の開口部８ａにおいて導波路メサ５の上面５ａの上に設けられている。第３の部分１３は、導波路メサ５の上面５ａに接合されている。第３の部分１３は、第１の部分１１と第２の部分１２とに接続されている。
【００３４】
第１の部分１１と第３の部分１３との接続部Ｃ１から第１の部分１１のエッジＥ１までの距離Ｄ１は、第２の部分１２と第３の部分１３との接続部Ｃ２から第２の部分１２のエッジＥ２までの距離Ｄ２よりも大きい。したがって、金属体１０は、第１の部分１１が第２の部分１２よりも長く、第３の部分１３に対して非対称な形状となっている。距離Ｄ１と距離Ｄ２との差は、例えば５μｍ以上とすることができる。より具体的には、距離Ｄ１は、例えば１０μｍ程度とすることができる。距離Ｄ２は、例えば３μｍ程度とすることができる。金属体１０は、例えば、Ｔｉ，Ｐｔ，Ａｕの少なくともいずれかを含むことができる。例えば、金属体１０は、Ｔｉからなる金属膜、Ｐｔからなる金属膜、及びＡｕからなる金属膜を順に積層することにより形成することができる。特に、導波路メサ５の上面５ａと接合する金属膜は、Ｔｉからなる金属膜とすることができる。
【００３５】
光導波路構造１は、第１の電極１４及び第２の電極１５を備えている。第１の電極１４は、第１のテラス３及び樹脂体９の上に設けられている。第１の電極１４は、金属体１０の第１の部分１１に接続されている。第２の電極１５は、基板２の裏面２ｂの上に設けられている。光導波路構造１においては、第１の電極１４、第２の電極１５、及び金属体１０を用いることによって、導波路メサ５のコア層５２に電流を注入することができる。
【００３６】
ここで、導波路メサ５は、図１の（ａ）部に示されるように、円弧状に屈曲した基準線ＲＬ１に沿って延在している。また、第１のトレンチ６及び第２のトレンチ７は、導波路メサ５に沿って延在している。つまり、導波路メサ５、第１のトレンチ６、及び第２のトレンチ７は、本実施形態に係る半導体光素子Ｄにおける光導波路１００の第１の屈曲部１０１を構成している。図１の（ａ）部に示されるように、光導波路１００は、第１の屈曲部１０１の他に、第２の屈曲部１０２、第１の直線部１０３、及び第２の直線部１０４を有している。
【００３７】
第２の屈曲部１０２は、第１の屈曲部１０１と同様の構成からなるが、基準線ＲＬ１と反対の方向に円弧状に屈曲した基準線ＲＬ２に沿って延在している。第１の直線部１０３及び第２の直線部１０４は、主に、直線状に延在している点、及び、導波路メサ５がコンタクト層５４を有さない点で第１の屈曲部１０１と相違している。第１の屈曲部１０１と第２の屈曲部１０２、第１の屈曲部１０１と第１の直線部１０３、第２の屈曲部１０２と第２の直線部１０４は、オフセットを設けることなく接続されている。
【００３８】
引き続いて、光導波路構造１を形成する方法について説明する。図２〜６は、本実施形態に係る光導波路構造を形成する方法の主要な工程を示す図である。この方法においては、まず、図２の（ａ）部に示されるように、基板２を用意する（工程Ｓ１０１）。続いて、基板２の上に半導体積層６０を設ける（工程Ｓ１０２）。半導体積層６０は、第１のクラッド層３１，４１，５１のための第１のIII-V族化合物半導体膜６１、コア層３２，４２，５２のための第２のIII-V族化合物半導体膜６２、第２のクラッド層３３，４３，５３のための第３のIII-V族化合物半導体膜６３、及び、コンタクト層５４のための第４のIII-V族化合物半導体膜６４を含む。
【００３９】
この工程Ｓ１０２では、第１のIII-V族化合物半導体膜６１、第２のIII-V族化合物半導体膜６２、第３のIII-V族化合物半導体膜６３、及び第４のIII-V族化合物半導体膜６４を、基板２の主面２ａの上に順にエピタキシャル成長することにより、半導体積層６０を形成する。半導体積層６０における各半導体膜の成長は、例えば、有機金属気相成長法により行うことができる。
【００４０】
第１のIII-V族化合物半導体膜６１は、第１導電型（例えばｎ型）のIII-V族化合物半導体からなる。第１のIII-V族化合物半導体膜６１のIII-V族化合物半導体は、例えばＩｎＰとすることができる。第１のIII-V族化合物半導体膜６１における第１導電型ドーパント濃度は、例えば、５×１０１７ｃｍ−３程度である。第１のIII-V族化合物半導体膜６１の膜厚は、例えば７００ｎｍ程度である。
【００４１】
第２のIII-V族化合物半導体膜６２は、ノンドープのIII-V族化合物半導体層からなる。第２のIII-V族化合物半導体膜６２は、例えば、井戸層とバリア層とを交互に積層した量子井戸構造を有することができる。井戸層の積層数は、例えば２５層とすることができる。バリア層の積層数は、例えば２６層とすることができる。井戸層のIII-V族化合物半導体は、例えばＡｌＧａＩｎＡｓとすることができる。バリア層のIII-V族化合物半導体は、例えばＡｌＩｎＡｓとすることができる。第２のIII-V族化合物半導体膜６２のバンドギャップ波長は、例えば１．４μｍ程度である。第２のIII-V族化合物半導体膜６２の膜厚は、例えば３８０ｎｍ程度である。
【００４２】
第３のIII-V族化合物半導体膜６３は、第２導電型（例えばｐ型）のIII-V族化合物半導体からなる。第３のIII-V族化合物半導体膜６３のIII-V族化合物半導体は、例えばＩｎＰとすることができる。第３のIII-V族化合物半導体膜６３における第２導電型ドーパント濃度は、例えば、１×１０１８ｃｍ−３程度である。第３のIII-V族化合物半導体膜６３の膜厚は、例えば１５００ｎｍ程度である。
【００４３】
第４のIII-V族化合物半導体膜６４は、第２導電型のIII-V族化合物半導体からなる。第４のIII-V族化合物半導体膜６４のIII-V族化合物半導体は、例えばＧａＩｎＡｓとすることができる。第４のIII-V族化合物半導体膜６４における第２導電型ドーパント濃度は、例えば、２×１０１９ｃｍ−３程度である。第４のIII-V族化合物半導体膜６４の膜厚は、例えば２００ｎｍ程度である。
【００４４】
続いて、図２の（ｂ）部に示されるように、第４のIII-V族化合物半導体膜６４の上にマスク（第２のマスク）７０を形成する（工程Ｓ１０３）。ここで、基板２の主面２ａの第１の領域２１は、第１の部分領域２１ａと第２の部分領域２１ｂとを含む。第１の部分領域２１ａ及び第２の部分領域２１ｂは、基準線ＲＬ１に交差する方向に配列されている。また、基板２の主面２ａの第２の領域２２は、第３の部分領域２２ａと第４の部分領域２２ｂとを含む。第３の部分領域２２ａ及び第４の部分領域２２ｂは、基準線ＲＬ１に交差する方向に配列されている。
【００４５】
第１の部分領域２１ａの上には、後の工程において第１のテラス３が設けられる。第２の部分領域２１ｂの上には、後の工程において第１のトレンチ６が設けられる。第３の部分領域２２ａの上には、後の工程において第２のトレンチ７が設けられる。第４の部分領域２２ｂの上には、後の工程において第２のテラス４が設けられる。この工程Ｓ１０３においては、第２の部分領域２１ｂの少なくとも一部、第３の部分領域２２ａの少なくとも一部、及び第３の領域２３の上に、マスク７０を形成する。したがって、第１の部分領域２１ａ及び第４の部分領域２２ｂの上にはマスク７０が形成されない。マスク７０の幅は、導波路メサ５の幅よりも大きい。マスク７０は、例えばシリコン窒化物からなることができる。より具体的には、マスク７０は、例えばＳｉＮからなることができる。
【００４６】
この工程Ｓ１０３においては、例えば、次のようにマスク７０を形成することができる。すなわち、この工程Ｓ１０３においては、まず、第４のIII-V族化合物半導体膜６４の上に、例えば化学気相成長法によりＳｉＮ膜を堆積する。続いて、そのＳｉＮ膜の上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィー法によりレジストマスクを形成する。そして、レジストマスクを用いてＳｉＮ膜をドライエッチングし、マスク７０を形成する。
【００４７】
続いて、図３の（ａ）部に示されるように、マスク７０を用いて第４のIII-V族化合物半導体膜６４をエッチングする（工程Ｓ１０４）。この工程Ｓ１０４のエッチングにより、第４のIII-V族化合物半導体膜６４から第５のIII-V族化合物半導体膜６５が形成される。また、この工程Ｓ１０４のエッチングにより、半導体積層６０Ａの一部が露出する。半導体積層６０Ａは、第１のIII-V族化合物半導体膜６１、第２のIII-V族化合物半導体膜６２、及び第３のIII-V族化合物半導体膜６３を含む。この工程Ｓ１０４のエッチングの後、マスク７０を除去する。
【００４８】
続いて、図３の（ｂ）部に示されるように、第１のテラス３、第２のテラス４、及び導波路メサ５を規定するマスク（第１のマスク）７１を、半導体積層６０Ａの上に形成する（工程Ｓ１０５）。マスク７１は、第１のマスク部７１ａ、第２のマスク部７１ｂ、及び第３のマスク部７１ｃを含む。第１のマスク部７１ａは、第１の部分領域２１ａ及び半導体積層６０Ａの上に設けられており、第１のテラス３を規定する。第２のマスク部７１ｂは、第４の部分領域２２ｂ及び半導体積層６０Ａの上に設けられており、第２のテラス４を規定する。第３のマスク部７１ｃは、第３の領域２３及び第５のIII-V族化合物半導体膜６５の上に設けられており、導波路メサ５を規定する。マスク７１は、第２の部分領域２１ｂ、及び第３の部分領域２２ａの上には設けられていない。マスク７１は、マスク７０と同様の材料から同様の方法により形成することができる。
【００４９】
続いて、図４の（ａ）部に示されるように、マスク７１を用いて半導体積層６０Ａ及び第５のIII-V族化合物半導体膜６５をエッチングする（工程Ｓ１０６）。この工程Ｓ１０６のエッチングは、例えば、ハロゲン系ガス（例えば、塩素やヨウ化水素等）を用いたドライエッチングとすることができる。このエッチングの後、マスク７１を除去する。この工程Ｓ１０６のエッチングにより、第１のテラス３、第２のテラス４、導波路メサ５、第１のトレンチ６、及び第２のトレンチ７が形成される。第１のテラス３は、第１のクラッド層３１、コア層３２、及び第２のクラッド層３３を含む。第２のテラス４は、第１のクラッド層４１、コア層４２、及び第２のクラッド層を含む。導波路メサ５は、第１のクラッド層５１、コア層５２、及び第２のクラッド層５３を含む。さらに、導波路メサ５は、この工程Ｓ１０６のエッチングにより第５のIII-V族化合物半導体膜６５から形成されたコンタクト層５４を含む。
【００５０】
ここで、基板２の主面２ａからの導波路メサ５の高さは、例えば４μｍ程度である。また、例えば、基板２の主面２ａからの導波路メサ５の高さは、導波路メサ５の幅の２倍以上４倍以下とすることができる。さらに、第１のトレンチ６を規定する導波路メサ５の側面５ｂａの主面２ａからの高さ（長さ）と、第２のトレンチ７を規定する導波路メサ５の側面５ｂｂの主面２ａからの高さ（長さ）とは、互いに略同一となっている。
【００５１】
続いて、図４の（ｂ）部に示されるように、絶縁膜８Ａを形成する（工程Ｓ１０７）。絶縁膜８Ａは、第１のテラス３の上面３ａ、第２のテラス４の上面４ａ、導波路メサ５の上面５ａ、第１のトレンチ６の内面６ａ、及び第２のトレンチ７の内面７ａの上に設けられる。この工程Ｓ１０７においては、絶縁膜８Ａは、例えば、化学気相成長法によりシリコン酸化物（例えばＳｉＯ２）を堆積することで形成することができる。
【００５２】
続いて、図５の（ａ）部に示されるように、導波路メサ５を埋め込むように絶縁膜８Ａの上に樹脂体９Ａを設ける（工程Ｓ１０８）。樹脂体９Ａは、第１のトレンチ６及び第２のトレンチ７に充填されると共に、第１のテラス３の上面３ａ、第２のテラス４の上面４ａ、及び導波路メサ５の上面５ａに設けられる。この工程Ｓ１０８では、例えば、ＢＣＢをスピンコートで塗布した後に、そのＢＣＢを窒素雰囲気下において摂氏２８０度〜摂氏３２０度の温度範囲で５分間程度ベークして熱硬化させることにより、樹脂体９Ａを形成することができる。樹脂体９Ａの厚さは、例えば１．５μｍ以上３．０μｍ以下とすることができる。
【００５３】
続いて、図５の（ｂ）部に示されるように、導波路メサ５の上面５ａを露出するように樹脂体９Ａ及び絶縁膜８Ａに開口部を設ける（工程Ｓ１０９）。この工程Ｓ１０９により、導波路メサ５の上面５ａの上に開口部８ａを有する絶縁膜８、及び、導波路メサ５の上面５ａの上に開口部９ａを有する樹脂体９が形成される。この工程Ｓ１０９においては、例えば、導波路メサ５の上面５ａの上に開口を有するレジストマスクを樹脂体９Ａの上に形成した後に、そのレジストマスクを用いたドライエッチング及びバッファードフッ酸によって、導波路メサ５の上面５ａの上の樹脂体９Ａ及び絶縁膜８Ａを除去することで、樹脂体９及び絶縁膜８を形成することができる。
【００５４】
続いて、図６の（ａ）部に示されるように、導波路メサ５の上面５ａ及び樹脂体９の上に金属体１０を設ける（工程Ｓ１０９）。金属体１０は、第１の部分１１、第２の部分１２、及び第３の部分１３を含む。第１の部分１１は、第１の領域２１及び樹脂体９の上面９ｂの上に設けられ、樹脂体９の上面９ｂに接合されている。第２の部分１２は、第２の領域２２及び樹脂体９の上面９ｂの上に設けられ、樹脂体９の上面９ｂに接合されている。第３の部分１３は、導波路メサ５の上面５ａの上に設けられ、導波路メサ５の上面５ａに接合されている。第３の部分１３は、第１の部分１１と第２の部分１２とを接続している。第１の部分１１と第３の部分１３との接続部Ｃ１から第１の部分１１のエッジＥ１までの距離Ｄ１は、第２の部分１２と第３の部分１３との接続部Ｃ２から第２の部分１２のエッジＥ２までの距離Ｄ２よりも大きい。
【００５５】
この工程Ｓ１１０においては、例えば、リフトオフ法により金属体１０を形成することができる。より具体的には、この工程Ｓ１１０においては、まず、金属体１０のためのパターンを有するレジストマスクを樹脂体９の上に形成する。続いて、Ｔｉ，Ｐｔ，Ａｕをこの順に真空蒸着する。その後、レジストマスクを除去（リフトオフ）することにより、金属体１０が形成される。このとき、Ｔｉからなる金属膜の膜厚は、例えば５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることができる。また、Ｐｔからなる金属膜の膜厚は、例えば５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることができる。また、Ａｕからなる金属膜の膜厚は、例えば１５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下とすることができる。
【００５６】
続いて、金属体１０を加熱して合金化する（工程Ｓ１１１）。この工程Ｓ１１１においては、例えば、窒素雰囲気下において５分以上１０分以下の時間で室温から摂氏３００度以上摂氏３５０度以下の温度範囲まで金属体１０の温度を上昇させる。摂氏３００度以上摂氏３５０度以下の温度範囲より低いと合金化せず、高いと樹脂が焦げてしまう虞がある。そして、この工程Ｓ１１１では、例えば、金属体１０の温度を摂氏３００度以上摂氏３５０度以下の温度範囲に２．５分以上５分以下程度の時間保持する。
【００５７】
続いて、金属体１０を冷却する（工程Ｓ１１２）。この工程Ｓ１１２では、例えば、まず、金属体１０の温度を１分以上３分以下程度の時間で摂氏１５０度程度まで降温する。その後に、室温の大気中に取り出して自然放冷する。
【００５８】
このように、金属体１０を工程Ｓ１１１で一旦加熱した後に、工程Ｓ１１２で冷却することにより、図６の（ｂ）部に示されるように、導波路メサ５が基板２の主面２ａに対して傾斜する。これは、以下の理由によると考えられる。すなわち、工程Ｓ１１１において金属体１０を加熱したとき、樹脂体９も加熱されてある程度柔らかくなる。その後、工程Ｓ１１２において金属体１０を冷却するときには、まず、金属体１０の温度が低下し、続いて金属体１０の下の樹脂体９の温度が低下する。
【００５９】
第１の領域２１の上に設けられた第１の部分１１が、第２の領域２２の上に設けられた第２の部分１２よりも長いため、樹脂体９のうちの第１の領域２１の上の部分（樹脂部９１）の方が、第２の領域の上の部分（樹脂部９２）よりも放熱性がよい。このため、樹脂体９の温度が低下するとき、樹脂部９１の方が、樹脂部９２よりも早く冷却される。このため、樹脂部９２が硬化する前に、樹脂部９１が硬化・収縮する。樹脂部９１収縮によって、樹脂部９１に接合された金属体１０が、第２の領域２２から第１の領域２１に向かう方向（基準線ＲＬ１の径方向外側から内側に向かう方向）に引っ張られる。これに伴い、金属体１０に接合された導波路メサ５に対して、同様の方向に応力が与えられる。その結果、同様の方向に導波路メサ５が傾斜する。
【００６０】
続づく工程では、図７の（ａ）部に示されるように、基板２の裏面２ｂを研磨して、基板２の厚さを、例えば３５０μ程度から１００μｍ程度まで薄くした後に、基板２の裏面２ｂの上に第２の電極１５を設ける（工程Ｓ１１３）。一方で、例えば第１のテラス３の上に、第１の電極１４を設ける。第１の電極１４及び第２の電極１５は、例えばリフトオフ法により形成することができる。
【００６１】
以上のように形成された光導波路構造１においては、導波路メサ５のコア層５２の断面内において、屈折率の分布が生じる。これは、以下の理由によると考えられる。上述したように、工程Ｓ１１１及び工程Ｓ１１２において、導波路メサ５に、第２の領域２２から第１の領域２１に向かう方向（すなわち主面２ａに沿った方向）の応力が与えられる。一方で、工程Ｓ１１１及び工程Ｓ１１２においては、樹脂部９１，９２の硬化・収縮に起因して、基板２の主面２ａの法線方向について導波路メサ５を圧縮するような応力が、導波路メサ５に与えられる。このため、光導波路構造１においては、導波路メサ５のコア層５２の断面内において、応力の分布が生じる。その応力の分布の結果、導波路メサ５のコア層５２には、図８に示されるような非対称な歪が生じる。
【００６２】
図８の（ａ）部及び（ｂ）部に示されるように、導波路メサ５のコア層５２におけるｘ軸方向引っ張り歪、及びｙ軸方向圧縮歪は、ｘ軸負方向に向かうにつれて（すなわち、導波路メサ５の傾斜の外側から内側に向かうにつれて）大きくなる。ここでのｘ軸方向は、基板２の主面２ａに沿って第１の領域２１から第２の領域２２へ向かう方向であり、ｙ軸方向は、基板２の主面２ａの法線に沿って裏面２ｂから主面２ａに向かう方向である。このように導波路メサ５のコア層５２に非対称な歪が生じると、コア層５２の断面内においてバンドギャップの分布が生じる。例えば、コア層５２がＡｌＧａＩｎＡｓ系量子井戸を有する場合、歪が相対的に大きい部分（例えば導波路メサ５の傾斜方向の内側に位置する部分）ではバンドギャップが小さくなる。
【００６３】
この導波路メサ５のコア層５２の断面内におけるバンドギャップの分布が、導波路メサ５のコア層５２の断面内における屈折率の分布を生じさせる。例えば、コア層５２がＡｌＧａＩｎＡｓ系量子井戸を有する場合、バンドギャップが相対的に小さい部分（例えば導波路メサ５の傾斜方向の内側に位置する部分）の屈折率が相対的に高くなる。以上のように、この光導波路構造１の形成方法においては、導波路メサ５のコア層５２の断面内において屈折率の分布を生じさせることができる。
【００６４】
上述したように、屈曲した導波路を伝播する光の強度分布は、その屈曲の径方向外側に偏るが、光導波路構造１においては、屈折率の分布を利用することによって、光の強度分布の偏りを抑制することが可能となる。したがって、この方法により形成される光導波路構造１を用いれば、例えば、光導波路１００の第１の屈曲部１０１と第１の直線部とを、オフセットを設けることなく接続した場合にも、光の強度分布の偏りに起因した光損失を低減することができる。
【００６５】
さらに、光導波路構造１は、第１の電極１５及び第２の電極１４を備えている。したがって、光導波路構造１においては、導波路メサ５のコア層５２に電流（電子）を注入することができる。注入された電子は、バンドギャップが相対的に小さい部分（例えば導波路メサ５の傾斜方向の内側に位置する部分）に存在しやすい。電子が存在すると、キャリアプラズマ効果によって、屈折率が低下する。したがって、バンドギャップが相対的に小さい部分の屈折率の向上を相殺することができる。このように、この光導波路構造１によれば、電流を注入することによって、導波路メサ５のコア層５２の断面内における屈折率の分布を調整することができる。
【００６６】
なお、本実施形態に係る方法によって形成された光導波路構造１においては、導波路メサ５に対して図８に示されるような非対称な歪が生じることから、導波路メサ５の側面５ｂａの長さと側面５ｂｂの長さとが互いに異なる。より具体的には、導波路メサ５の側面５ｂａは、側面５ｂｂよりも大きく圧縮されるため短くなっている。側面５ｂａの主面２ａからの長さと、側面５ｂｂの主面２ａからの長さと差は、例えば０．０２％以上０．１％以下程度である。
【００６７】
ここで、図７の（ｂ）部は、比較例に係る光導波路構造の構造を模式的に示す断面図である。この比較例に係る光導波路構造１Ａは、金属体１０を備えていない点、絶縁膜８に替えて絶縁膜８Ａを備える点、樹脂体９に替えて樹脂体９Ａを備える点、及び、導波路メサ５に替えて導波路メサ５Ａを備える点で、光導波路構造１と相違している。光導波路構造１Ａは、例えば、光導波路１００の第１の直線部１０３や第２の直線部１０４に用いられる。光導波路構造１Ａの導波路メサ５Ａは、コンタクト層５４を有していない点、及び基板２の主面２ａに対して傾斜していない点で導波路メサ５と相違している。このような光導波路構造１Ａにおいては、図９に示されるように、導波路メサ５Ａのコア層５２の断面内において歪が非対称とならない。
【００６８】
以上の実施形態は、本発明に係る光導波路構造を形成する方法、及び光導波路構造の一実施形態を説明したものであり、本発明に係る光導波路構造を形成する方法、及び光導波路構造は、上記のものに限定されない。本発明の光導波路構造を形成する方法、及び光導波路構造は、各請求項の要旨を変更しない範囲において、本実施形態に係る光導波路構造を形成する方法、及び光導波路構造を任意に変形したものとすることができる。
【符号の説明】
【００６９】
１…光導波路構造、２…基板、２ａ…主面、２ｂ…裏面、３…第１のテラス、３ａ…上面、４…第２のテラス、４ａ…上面、５…導波路メサ、５ａ…上面、５ｂ…側面、６…第１のトレンチ、６ａ…内面、７…第２のトレンチ、７ａ…内面、８…絶縁膜、８ａ…開口部、９…樹脂体、９ａ…開口部、９ｂ…上面、１０…金属体、１１…第１の部分、１２…第２の部分、１３…第３の部分、１４…第１の電極、１５…第２の電極、２１…第１の領域、２２…第２の領域、２３…第３の領域、３１，４１，５１…第１のクラッド層、３２，４２，５２…コア層、３３，４３，５３…第２のクラッド層、５４…コンタクト層、６０，６０Ａ…半導体積層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波路メサと、第１及び第２のテラスと、前記第１のテラスと前記導波路メサとで規定される第１のトレンチと、前記第２のテラスと前記導波路メサとで規定される第２のトレンチとを含む光導波路構造を形成する方法であって、
屈曲した基準線に交差する方向に沿って配列された第１の領域及び第２の領域と、前記第１の領域と前記第２の領域との間に位置する第３の領域とを含む主面を有する基板を用意する工程と、
第１のクラッド層のための第１のIII-V族化合物半導体膜、コア層のための第２のIII-V族化合物半導体膜、及び第２のクラッド層のための第３のIII-V族化合物半導体膜を含む半導体積層を前記基板の前記主面の上に設ける工程と、
前記導波路メサ、前記第１のテラス、及び前記第２のテラスを規定する第１のマスクを前記半導体積層の上に形成する工程と、
前記第１のマスクを用いて前記半導体積層をエッチングすることにより、前記導波路メサ、前記第１のテラス、前記第２のテラス、前記第１のトレンチ、及び前記第２のトレンチを形成する工程と、
前記導波路メサの上面、前記第１のテラスの上面、前記第２のテラスの上面、前記第１のトレンチの内面、及び前記第２のトレンチの内面の上に絶縁膜を形成する工程と、
前記導波路メサを埋め込むように前記絶縁膜の上に樹脂体を設ける工程と、
前記導波路メサの前記上面の上において前記樹脂体及び前記絶縁膜に開口部を設ける工程と、
前記導波路メサの前記上面及び前記樹脂体の上に金属体を設ける工程と、
前記金属体を加熱した後に冷却する工程と、を備え、
前記導波路メサは、前記第１のクラッド層、前記コア層、及び前記第２のクラッド層を含み、
前記第１のクラッド層、前記コア層、及び前記第２のクラッド層は前記基板の前記主面の上に順に積層されており、
前記第１のテラス及び前記第１のトレンチは、前記第１の領域の上に設けられ、
前記第２のテラス及び前記第２のトレンチは、前記第２の領域の上に設けられ、
前記導波路メサは、前記第３の領域の上に設けられ、
前記導波路メサは、前記屈曲した基準線に沿って延在しており、
前記金属体は、前記第１の領域及び前記樹脂体の上面の上に設けられた第１の部分と、前記第２の領域及び前記樹脂体の上面の上に設けられた第２の部分と、前記第１の部分と前記第２の部分とに接続され前記導波路メサの前記上面に接合する第３の部分とを含み、
前記第１の部分と前記第３の部分との接続部から前記第１の部分のエッジまでの距離は、前記第２の部分と前記第３の部分との接続部から前記第２の部分のエッジまでの距離よりも大きい、ことを特徴とする光導波路構造を形成する方法。
【請求項２】
前記第１のマスクを形成する前に、コンタクト層のための第４のIII-V族化合物半導体膜を前記半導体積層の上に形成する工程と、
前記第４のIII-V族化合物半導体膜の上に第２のマスクを形成する工程と、
前記第２のマスクを用いて前記第４のIII-V族化合物半導体膜をエッチングすることにより、第５のIII-V族化合物半導体膜を形成する工程と、をさらに備え、
前記第１のマスクを形成する工程においては、前記半導体積層及び前記第５のIII-V族化合物半導体膜の上に前記第１のマスクを形成し、
前記導波路メサ、前記第１のテラス、前記第２のテラス、前記第１のトレンチ、及び前記第２のトレンチを形成する工程においては、前記第１のマスクを用いて前記半導体積層及び前記第５のIII-V族化合物半導体膜をエッチングすることにより、前記導波路メサ、前記第１のテラス、前記第２のテラス、前記第１のトレンチ、及び前記第２のトレンチを形成し、
前記導波路メサは、前記第２のクラッド層の上に積層された前記コンタクト層を含む、
請求項１に記載の光導波路構造を形成する方法。
【請求項３】
前記金属体に接続された第１の電極を形成する工程と、
前記基板の裏面の上に第２の電極を形成する工程とをさらに備える、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光導波路構造を形成する方法。
【請求項４】
前記金属体は、Ｔｉからなる金属膜を含み、
前記Ｔｉからなる金属膜は前記導波路の前記上面に接合している、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光導波路構造を形成する方法。
【請求項５】
前記第１の部分と前記第３の部分との接続部から前記第１の部分のエッジまでの距離と、前記第２の部分と前記第３の部分との接続部から前記第２の部分のエッジまでの距離との差は、５μｍ以上である、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光導波路構造を形成する方法。
【請求項６】
前記コア層は、ＡｌＧａＩｎＡｓからなる井戸層と、ＡｌＩｎＡｓからなるバリア層とを含む量子井戸構造を有する、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光導波路構造を形成する方法。
【請求項７】
前記基板の前記主面からの前記導波路メサの高さは、前記導波路メサの幅の２倍以上４倍以下である、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光導波路構造を形成する方法。
【請求項８】
屈曲した基準線に交差する方向に配列された第１及び第２の領域と、前記第１の領域と前記第２の領域との間に位置する第３の領域とを含む主面を有する基板と、
前記第１の領域の上に設けられIII-V族化合物半導体からなる第１のテラスと、
前記第２の領域の上に設けられIII-V族化合物半導体からなる第２のテラスと、
前記第３の領域の上に設けられIII-V族化合物半導体からなる導波路メサと、
前記第１の領域の上において、前記第１のテラスと前記導波路メサとで規定される第１のトレンチと、
前記第２の領域の上において、前記第２のテラスと前記導波路メサとで規定される第２のトレンチと、
前記第１のテラスの上面、前記第２のテラスの上面、前記第１のトレンチの内面、及び前記第２のトレンチの内面の上に設けられ、前記導波路メサの上面の上に開口部を有する絶縁膜と、
前記導波路メサを埋め込むように前記絶縁膜の上に設けられ、前記導波路メサの前記上面の上に開口部を有する樹脂体と、
前記導波路メサの前記上面及び前記樹脂体の上に設けられた金属体と、
を備え、
前記導波路メサは、前記屈曲した基準線に沿って延在しており、
前記導波路メサは、第１のクラッド層、コア層、第２のクラッド層、及びコンタクト層を含み、
前記第１のクラッド層、前記コア層、前記第２のクラッド層、及び前記コンタクト層は、前記基板の前記主面の上に順に積層されており、
前記金属体は、前記第１の領域及び前記樹脂体の上面の上に設けられた第１の部分と、前記第２の領域及び前記樹脂体の上面の上に設けられた第２の部分と、前記第１の部分と前記第２の部分とに接続され前記導波路メサの前記上面に接合する第３の部分とを含み、
前記第１の部分と前記第３の部分との接続部から前記第１の部分のエッジまでの距離は、前記第２の部分と前記第３の部分との接続部から前記第２の部分のエッジまでの距離よりも大きく、
前記導波路メサは、前記基板の前記主面の法線方向に対して傾斜している、
ことを特徴とする光導波路構造。
【請求項１】
導波路メサと、第１及び第２のテラスと、前記第１のテラスと前記導波路メサとで規定される第１のトレンチと、前記第２のテラスと前記導波路メサとで規定される第２のトレンチとを含む光導波路構造を形成する方法であって、
屈曲した基準線に交差する方向に沿って配列された第１の領域及び第２の領域と、前記第１の領域と前記第２の領域との間に位置する第３の領域とを含む主面を有する基板を用意する工程と、
第１のクラッド層のための第１のIII-V族化合物半導体膜、コア層のための第２のIII-V族化合物半導体膜、及び第２のクラッド層のための第３のIII-V族化合物半導体膜を含む半導体積層を前記基板の前記主面の上に設ける工程と、
前記導波路メサ、前記第１のテラス、及び前記第２のテラスを規定する第１のマスクを前記半導体積層の上に形成する工程と、
前記第１のマスクを用いて前記半導体積層をエッチングすることにより、前記導波路メサ、前記第１のテラス、前記第２のテラス、前記第１のトレンチ、及び前記第２のトレンチを形成する工程と、
前記導波路メサの上面、前記第１のテラスの上面、前記第２のテラスの上面、前記第１のトレンチの内面、及び前記第２のトレンチの内面の上に絶縁膜を形成する工程と、
前記導波路メサを埋め込むように前記絶縁膜の上に樹脂体を設ける工程と、
前記導波路メサの前記上面の上において前記樹脂体及び前記絶縁膜に開口部を設ける工程と、
前記導波路メサの前記上面及び前記樹脂体の上に金属体を設ける工程と、
前記金属体を加熱した後に冷却する工程と、を備え、
前記導波路メサは、前記第１のクラッド層、前記コア層、及び前記第２のクラッド層を含み、
前記第１のクラッド層、前記コア層、及び前記第２のクラッド層は前記基板の前記主面の上に順に積層されており、
前記第１のテラス及び前記第１のトレンチは、前記第１の領域の上に設けられ、
前記第２のテラス及び前記第２のトレンチは、前記第２の領域の上に設けられ、
前記導波路メサは、前記第３の領域の上に設けられ、
前記導波路メサは、前記屈曲した基準線に沿って延在しており、
前記金属体は、前記第１の領域及び前記樹脂体の上面の上に設けられた第１の部分と、前記第２の領域及び前記樹脂体の上面の上に設けられた第２の部分と、前記第１の部分と前記第２の部分とに接続され前記導波路メサの前記上面に接合する第３の部分とを含み、
前記第１の部分と前記第３の部分との接続部から前記第１の部分のエッジまでの距離は、前記第２の部分と前記第３の部分との接続部から前記第２の部分のエッジまでの距離よりも大きい、ことを特徴とする光導波路構造を形成する方法。
【請求項２】
前記第１のマスクを形成する前に、コンタクト層のための第４のIII-V族化合物半導体膜を前記半導体積層の上に形成する工程と、
前記第４のIII-V族化合物半導体膜の上に第２のマスクを形成する工程と、
前記第２のマスクを用いて前記第４のIII-V族化合物半導体膜をエッチングすることにより、第５のIII-V族化合物半導体膜を形成する工程と、をさらに備え、
前記第１のマスクを形成する工程においては、前記半導体積層及び前記第５のIII-V族化合物半導体膜の上に前記第１のマスクを形成し、
前記導波路メサ、前記第１のテラス、前記第２のテラス、前記第１のトレンチ、及び前記第２のトレンチを形成する工程においては、前記第１のマスクを用いて前記半導体積層及び前記第５のIII-V族化合物半導体膜をエッチングすることにより、前記導波路メサ、前記第１のテラス、前記第２のテラス、前記第１のトレンチ、及び前記第２のトレンチを形成し、
前記導波路メサは、前記第２のクラッド層の上に積層された前記コンタクト層を含む、
請求項１に記載の光導波路構造を形成する方法。
【請求項３】
前記金属体に接続された第１の電極を形成する工程と、
前記基板の裏面の上に第２の電極を形成する工程とをさらに備える、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光導波路構造を形成する方法。
【請求項４】
前記金属体は、Ｔｉからなる金属膜を含み、
前記Ｔｉからなる金属膜は前記導波路の前記上面に接合している、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光導波路構造を形成する方法。
【請求項５】
前記第１の部分と前記第３の部分との接続部から前記第１の部分のエッジまでの距離と、前記第２の部分と前記第３の部分との接続部から前記第２の部分のエッジまでの距離との差は、５μｍ以上である、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光導波路構造を形成する方法。
【請求項６】
前記コア層は、ＡｌＧａＩｎＡｓからなる井戸層と、ＡｌＩｎＡｓからなるバリア層とを含む量子井戸構造を有する、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光導波路構造を形成する方法。
【請求項７】
前記基板の前記主面からの前記導波路メサの高さは、前記導波路メサの幅の２倍以上４倍以下である、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光導波路構造を形成する方法。
【請求項８】
屈曲した基準線に交差する方向に配列された第１及び第２の領域と、前記第１の領域と前記第２の領域との間に位置する第３の領域とを含む主面を有する基板と、
前記第１の領域の上に設けられIII-V族化合物半導体からなる第１のテラスと、
前記第２の領域の上に設けられIII-V族化合物半導体からなる第２のテラスと、
前記第３の領域の上に設けられIII-V族化合物半導体からなる導波路メサと、
前記第１の領域の上において、前記第１のテラスと前記導波路メサとで規定される第１のトレンチと、
前記第２の領域の上において、前記第２のテラスと前記導波路メサとで規定される第２のトレンチと、
前記第１のテラスの上面、前記第２のテラスの上面、前記第１のトレンチの内面、及び前記第２のトレンチの内面の上に設けられ、前記導波路メサの上面の上に開口部を有する絶縁膜と、
前記導波路メサを埋め込むように前記絶縁膜の上に設けられ、前記導波路メサの前記上面の上に開口部を有する樹脂体と、
前記導波路メサの前記上面及び前記樹脂体の上に設けられた金属体と、
を備え、
前記導波路メサは、前記屈曲した基準線に沿って延在しており、
前記導波路メサは、第１のクラッド層、コア層、第２のクラッド層、及びコンタクト層を含み、
前記第１のクラッド層、前記コア層、前記第２のクラッド層、及び前記コンタクト層は、前記基板の前記主面の上に順に積層されており、
前記金属体は、前記第１の領域及び前記樹脂体の上面の上に設けられた第１の部分と、前記第２の領域及び前記樹脂体の上面の上に設けられた第２の部分と、前記第１の部分と前記第２の部分とに接続され前記導波路メサの前記上面に接合する第３の部分とを含み、
前記第１の部分と前記第３の部分との接続部から前記第１の部分のエッジまでの距離は、前記第２の部分と前記第３の部分との接続部から前記第２の部分のエッジまでの距離よりも大きく、
前記導波路メサは、前記基板の前記主面の法線方向に対して傾斜している、
ことを特徴とする光導波路構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−４４８０４（Ｐ２０１３−４４８０４Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８０８８３（Ｐ２０１１−１８０８８３）
【出願日】平成２３年８月２２日（２０１１．８．２２）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２２日（２０１１．８．２２）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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