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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen optischen Modulator,
ein Verfahren zur Herstellung dieses optischen Modulators und eine
photonische Halbleitereinrichtung. Noch genauer bezieht sich die
Erfindung auf einen optischen Modulator, der in der optischen Kommunikation
genutzt wird, ein Verfahren zur Herstellung dieses optischen Modulators
und eine photonische Halbleitereinrichtung, die solche optischen
Modulatoren vereinigt.
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Die
Erfindung beansprucht die Priorität der
japani schen Patentanmeldung Nr.
2002-139717 A vom 6. November 2000 mit Beschreibung, Zeichnung,
Ansprüchen
und Zusammenfassung.
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Um
die weitere Verbreitung von öffentlichen Kommunikationsnetzwerken
mit optischen Fasern zu fördern,
ist es wichtig, die Leistung von Halbleiterlasereinrichtungen zu
erhöhen
und ihre Ausbeute für eine
kostengünstigere
Herstellung zu verbessern. Insbesondere beinhaltet das Verbessern
der Leistung von Halbleiterlasern notwendig das Modulieren von Laserstrahlen
mit höherer
Geschwindigkeit, um so wachsende Mengen von Informationen zu bewältigen.
Die optische Kommunikation über
lange Distanzen wird durch Verringerung der Wellenfluktuationen
während
der Hochgeschwindigkeitslasermodulation erreicht, wohingegen herkömmliche
Aufbauten, die einen Halbleiterlaser haben, der durch injizierten Strom
im Single-Mode zur direkten Modulation variiert wird, dazu neigen,
an einem ausgeprägten
Wellenlängen-Chirp
zu leiden, der von Dichtefluktuationen in den injizierten Trägern hervorgerufen
wird.
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Aus
diesem Grund kann das Direktmodulationsschema nicht bei der Übertragung
von hochgeschwindigkeitsmodulierten Daten über lange Distanzen bei 10
Gbps oder höher
verwendet werden.
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Für optische
Datenübertragungssysteme
bei 10 Gbps wird das direkte Modulationsschema typischerweise durch
einen externen Modulationsaufbau ersetzt. Die externe Modulation
beinhaltet, dass eine Halbleiterlasereinrichtung mit einem konstanten
Pegel oszilliert, und das ausgesendete Laserlicht wird durch optische
Modulatoren geschickt, die es ermöglichen, den Lichtdurchlaß mit minimalem
Wellenlängen-Chirp
ein- und auszuschalten, um die Lichtmodulation zu erreichen.
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Optische
Modulatoren, die durch das externe Modulationsverfahren genutzt
werden, werden Elektroabsorptionsmodulatoren genannt, was hier als EAMs
abgekürzt
wird. EAMs mit einer einzelnen optischen Absorptionsschicht absorbieren
Licht durch Nutzung des Franz-Keldysh-Effekts, und EAMs mit einer
Mehrfach-Quantentopf-Struktur absorbieren Licht durch Variationen
des Absorptionsspektrums basierend auf dem Stark-Effekt. Die Laserabsorptionsfähigkeit
eines optischen Modulators variiert abhängig von einer am fraglichen
Modulator anliegenden Rückwärts-Vorspannung.
Aus diesem Grund wird ein Laserstrahl, dessen Intensität in Abhängigkeit
von der Signalspannung moduliert ist, vom Ausgang des optischen
Modulators emittiert, wenn eine Modulationssignalspannung an einem
elektrischen Hochfrequenzschaltkreis, der mit einem optischen Modulator
verbunden ist, angelegt wird.
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Auf
dem Gebiet der Hochgeschwindigkeitskommunikation bei 20 Gpbs oder
höher der
nächsten Generation
ziehen optische Ultrahochgeschwindigkeits-Halbleitermodulatoren
die Aufmerksamkeit auf sich, weil sie eine geringe Chirp- Charakteristik aufweisen,
klein sind und mit geringen Spannungen arbeiten. Vor dem Einbau
solcher Ultrahochgeschwindigkeits-Halbleitermodulatoren ist eine
wichtige Herausforderung zu lösen:
Die Verringerung der Kapazität
von optischen Modulatorelementen.
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25 ist
eine perspektivische Ansicht eines üblichen optischen Modulators,
und 26 ist ein Schnitt entlang der Linie XXVI-XXVI
durch den optischen Modulator in 25. In
den 25 und 26 steht
das Bezugszeichen 200 für
einen optischen Modulator; 202 für ein InP-Substrat vom n-Typ (n-Leitfähigkeit
wird im Folgenden durch das Symbol "n-" und
p-Leitfähigkeit
durch "p-" bezeichnet); 204 für eine n-InP-Deckschicht; 206 für eine optische
Absorptionsschicht; 208 für eine p-InP-Deckschicht; 210 für eine p-InGaAs-Kontaktschicht; 212 für einen Oberflächenschutzfilm
wie einen SiO2-Film; 214 für eine Polyimidschicht; 216 für eine ohmsche
Elektrode vom p-Typ; 216a für einen Anschlußfleck;
und 218 für
eine ohmsche Elektrode vom n-Typ.
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Ein
Verfahren zur Herstellung herkömmlicher optischer
Modulatoren wird unten skizziert. Die 27, 28 und 29 sind
aufeinanderfolgende Schnitte eines optischen Modulators. Auf dem n-InP-Substrat 202 werden
zunächst
durch epitaktisches Wachstum die n-InP-Deckschicht 204,
die optische Absorptionsschicht 206, die p-InP-Deckschicht 208 und
die p-InGaAs-Kontaktschicht 210 gebildet. Ein Isolierfilm
wie ein SiO2-Film wird dann über der Oberfläche gebildet,
auf der ein streifenförmiges Maskenmuster 220 mit
2 bis 3 Mikron (μm)
Breite (siehe 27) angebracht ist.
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Unter
Verwendung des Maskenmusters 220 als Maske wird bis zu
einer Tiefe unterhalb der optischen Absorptionsschicht 206,
beispielsweise 2 bis 3 Mikron tief, Trockenätzen durchgeführt, um
einen Grat 222 (siehe 28) zu
bilden. Als nächstes
wird der Oberflächenschutzfilm 212,
wie beispielsweise ein SiO2-Film, gebildet.
Polyimid 214 wird über
dem Film angebracht, um die Oberfläche zu glätten. Eine Öffnung 224 wird auf
der Spitze des Grats 222 für ohmschen Kontakt (siehe 29)
gebildet.
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Dann
werden die ohmsche Elektrode 216 vom p-Typ und die ohmsche
Elektrode vom n-Typ 218 gebildet, was den in den 25 und 26 gezeigten
optischen Modulator vervollständigt.
Die Elementkapazität
des so hergestellten optischen Modulators 200 ist eine
Summe der Kapazität
der optischen Absorptionsschicht 206 und der Kapazität des Anschlußflecks 216a.
Weil die Kapazität
der optischen Absorptionsschicht 206 durch die Leistung
der Modulatorelemente bestimmt wird, die vom dynamischen Bereich
und der Extinktionscharakteristik des optischen Modulators 200 abhängen, kann
die Elementkapazität
nur bis zu einem gewissen Grad reduziert werden.
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Wenn
der Bereich zum Anbringen von gebondeten Drähten einbezogen wird, kann
der Anschlußfleck 216a höchstens
auf eine Größe von ungefähr 50 μm × 50 μm verkleinert
werden; eine stärkere
Verkleinerung des Anschlußflecks
ist schwer zu erreichen. Aus diesem Grund wird der Anschlußfleck 216a auf
der Oberfläche
des isolierenden Polyimids 214 gebildet, um die Kapazität des Anschlußflecks 216a zu
minimieren.
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Optische
Modulatoren, die dazu konzipiert sind, Modulationen bei Geschwindigkeiten
von 40 Gbps oder mehr durchzuführen,
dürfen
lediglich eine Elementkapazität
von 0,1 pF oder weniger haben. In der herkömmlichen optischen Modulatorstruktur
wird die Elementkapazität
durch Nutzung einer dickeren Polyimidschicht 214 reduziert.
Daraus er gibt sich ein Problem: Die Polyimidschicht 214 ist
schwierig zu bilden.
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Die
Japanische Patentveröffentlichung
Nr. H 03-26338 A offenbart einen optischen Modulator, der mit
dieser Erfindung in Beziehung steht. Der offenbarte optische Modulator
hat einen Mesastreifen einer Mehrschichthalbleiterstruktur, die
aktive Schichten enthält,
wobei der Mesastreifen von hochohmigen InP-Schichten flankiert wird.
Die Elementkapazität
dieses optischen Modulators wird durch Nutzung einer Luftbrückenstruktur
reduziert, die die Oberfläche
des Mesastreifens mit einem Anschlußfleck auf einem hochohmigen
Halbleitersubstrat verbindet. Der offenbarte optische Modulator
hat eine Gratstruktur, die sich von der des optischen Modulators
der Erfindung, der unten beschrieben wird, unterscheidet.
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Das
Dokument
US-5825047
A beschreibt einen optischen Modulator mit einer Streifen-Mesa-Struktur.
Diese Streifen-Mesa-Struktur besitzt eine n
+-InP-Deckschicht
auf einem halbisolierenden InP-Substrat, eine Lichtabsorptionsschicht
und eine p
+-InP-Deckschicht. Beide Seitenwände der n
+-InP-Deckschicht stehen gegenüber einer
gemeinsamen Seitenwand der Lichtabsorptionsschicht und der p
+-InP-Deckschicht vor. Diese Streifen-Mesa-Struktur ist auf
beiden Seiten dieser gemeinsamen Seitenwand mit einer halbisolierenden
InP-Eingrabungsschicht
auf dem vorstehenden Abschnitt der n
+-InP-Deckschicht versehen.
Ein Zwischenverbindungsabschnitt ist auf der halbisolierenden InP-Eingrabungsschicht
mit einem dazwischen liegenden Passivierungsfilm vorgesehen. Somit
bilden der vorstehende Abschnitt der Deckschicht, die halbisolierende
Eingrabungsschicht und der Verbindungsabschnitt einen Kondensator.
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Das
Dokument
US 5784188
A beschreibt einen optischen Elektroabsorptionsmodulator
mit einem Grat, wobei die zweite Elektrode an der hinteren Oberfläche einer
Deckschicht vorgesehen ist und wobei die MQW-Schicht aus InGaAsP
unterhalb des Grats vorgesehen ist und die gesamte Deckschicht bedeckt.
Die Absorptionsschicht ist nicht Bestandteil des Grats.
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Das
Dokument
EP 1130708
A1 beschreibt einen optischen Elektroabsorptionsmodulator,
der in einem lichtemittierenden Element integriert ist, aber keinen
optischen Wellenleitergrat enthält.
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Das
Dokument
US 6115169
A beschreibt einen optischen Halbleitermodulator, wobei
eine zweite Elektrode an der Rückseite
eines nInP-Substrats angeordnet ist und die erste Elektrode auf
einem SiO
2- Isolierfilm vorgesehen ist.
Eine Lichtabsorptionsschicht ist in einem Grat zwischen einer Deckschicht und
einer Begrenzungsschicht vorgesehen. Diese drei Schichten sind an
ihren Seitenwänden
von einer jeweiligen halbisolierenden InP-Einbettungsschicht eingebettet.
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Die
vorliegende Erfindung wurde in Betracht der obigen Umstände gemacht,
und es ist eine erste Aufgabe der Erfindung, einen optischen Modulator
zu schaffen, der eine exzellente Hochfrequenzleistung bei niedriger
Elementkapazität
bietet.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren
von vereinfachten Schritten zur Herstellung eines optischen Modulators
zu schaffen, der verbesserte Hochfrequenzeigenschaften mit einer
kleinen Elementkapazität
bietet.
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Die
Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die
abhängigen
Ansprüche
sind auf bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung gerichtet.
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Demzufolge
schafft die Erfindung einen optischen Modulator gemäß Anspruch
1.
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Entsprechend
verringert die erfindungsgemäße Anordnung
die Kapazität
des Anschlußflecks der
ersten Elektrode, wodurch sich ein optischer Modulator mit ausgezeichneten
Hochgeschwindigkeitseigenschaften ergibt.
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Weiterhin
schafft die Erfindung eine photonische Halbleitereinrichtung gemäß Anspruch
8.
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Demzufolge
schafft die Erfindung eine photonische Halbleitereinrichtung mit
hervorragender Hochfrequenzcharakteristik.
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Außerdem schafft
die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Modulators
gemäß Anspruch
10.
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Demgemäß erlaubt
das erfindungsgemäße Verfahren
die Herstellung eines optischen Modulators mit verringerter Elementkapazität unter
Nutzung vereinfachter Schritte, wodurch ein kostengünstiger optischer
Modulator mit exzellenter Hochgeschwindigkeitscharakteristik geschaffen
wird.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
räumliche
Ansicht eines optischen Modulators als erste Ausführungsform
der Erfindung;
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2 einen
Schnitt der ersten Ausführungsform;
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3 einen
anderen Schnitt der ersten Ausführungsform;
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4 einen
Schnitt eines optischen Modulatorelements in der ersten Ausführungsform
während eines
Herstellschritts;
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5 einen
Schnitt des erfindungsgemäßen optischen
Modulatorelements in einem anderen Herstellungsschritt;
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6 einen
Schnitt des erfindungsgemäßen optischen
Modulatorelements in einem anderen Herstellungsschritt;
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7 einen
Schnitt des erfindungsgemäßen optischen
Modulatorelements in einem anderen Herstellungsschritt;
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8 eine
räumliche
Ansicht einer Variante der ersten Ausführungsform;
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9 einen
Schnitt der Variante der ersten Ausführungsform;
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10 eine
räumliche
Ansicht einer anderen Variante der ersten Ausführungsform;
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11 eine
räumliche
Ansicht eines optischen Modulators als eine zweite Ausführungsform der
Erfindung;
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12 einen
Schnitt der zweiten Ausführungsform;
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13 eine
räumliche
Ansicht eines optischen Modulators als eine dritte Ausführungsform der
Erfindung;
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14 einen
Schnitt der dritten Ausführungsform;
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15 einen
anderen Schnitt der dritten Ausführungsform;
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16 einen
Schnitt eines optischen Modulatorelements in der dritten Ausführungsform
in einem Herstellschritt;
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die 17, 18, 19 und 20 Schnitte
des erfindungsgemäßen optischen
Modulatorelements in anderen Herstellschritten;
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21 einen
Schnitt eines optischen Modulatorelements als eine vierte Ausführungsform
der Erfindung;
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22 einen
Schnitt eines optischen Modulatorelements als eine fünfte Ausführungsform
der Erfindung;
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23 eine
räumliche
Ansicht einer Halbleiterlasereinrichtung, die einen optischen Modulator hat
und als sechste Ausführungsform
der Erfindung ausgeführt
ist;
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24 eine
räumliche
Ansicht einer Variante der sechsten Ausführungsform;
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25 eine
räumliche
Ansicht eines herkömmlichen
optischen Modulators;
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26 einen
Schnitt des herkömmlichen
optischen Modulators;
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27 einen
Schnitt des herkömmlichen
optischen Modulators in einem Herstellschritt;
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die 28 und 29 Schnitte
des herkömmlichen
optischen Modulators in anderen Herstellschritten.
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In
der Zeichnung haben die im wesentlichen gleichen Elemente dieselben
Bezugszeichen.
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Die
erste Ausführungsform
dieser Erfindung wird gebildet, indem ein flaches Teil gleichförmig auf einer
Seite eines optischen Wellenleitergrats gebildet wird und von der
Spitze des Grats zur Oberfläche
des Halbleitersubstrats hinabreicht, wobei das flache Teil weiterhin
mit einer freien Substratoberfläche
in Kontakt kommt. Eingebettet in einen dielektrischen Film, der
den optischen Wellenleitergrat bedeckt, liegt eine Elektrode in
engem Kontakt mit dem dielektrischen Film auf dem flachen Teil und
reicht von der Spitze nach unten. Die erste Elektrode reicht weiter
auf den freigelegten Abschnitt der Oberfläche des Halbleitersubstrats,
wo ein Ende der Elektrode auf dem dielektrischen Film festgelegt
ist.
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1 ist
eine räumliche
Ansicht eines optischen Modulators als der ersten Ausführungsform der
Erfindung. In 1 steht das Bezugszeichen 10 für einen
optischen Modulator; 12 für ein halbisolierendes InP-Substrat,
das als Halbleitersubstrat dient; 14 für einen optischen Wellenleitergrat;
und 16 für
einen Oberflächenschutzfilm,
der aus einem SiO2-Film als einem dielektrischen
Film besteht, der den optischen Wellenleitergrat 14 und
das Halbleitersubstrat 12 bedeckt. Die Bezugszeichen 18 und 20 bezeichnen
jeweils eine erste bzw. zweite Öffnung
im Oberflächenschutzfilm.
Bezugszeichen 22 steht für eine p-Typ-Elektrode, die als erste Elektrode
wirkt, und 24 steht für
eine n-Typ-Elektrode, die als zweite Elektrode und gleichzeitig
als Anschlußfleck
dient. Die p-Typ-Elektrode 22 und n-Typ-Elektrode 24 werden durch
die Öffnungen 18 und 20 auf
dem Oberflächenschutzfilm 16 festgelegt.
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2 ist
ein Schnitt entlang der Linie II-II durch den optischen Modulator
nach 1, und 3 ist ein Schnitt entlang der
Linie III-III durch denselben optischen Modulator. In 2 bezeichnet
das Bezugszeichen 26 eine n-Typ-Deckschicht, die als erste
Deckschicht auf dem InP-Substrat 12 dient. Die n-Typ-Deckschicht 26 besteht
aus n-InP.
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Ein
Ausläufer 26a der
n-Typ-Deckschicht 26 erstreckt sich über eine Seite des optischen
Wellenleitergrates 14. Eine auf der n-Typ-Deckschicht 26 gebildete
optische Absorptionsschicht 28 hat eine MQW-Struktur aus
InGaAsP/InGaAs(P)-Materialien. Alternativ kann die MQW-Struktur aus InGaAlAs/InAlAs-Materialien
bestehen.
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Bezugszeichen 30 steht
für eine
p-Typ-Deckschicht, die als zweite Deckschicht über der optischen Absorptionsschicht 28 dient
und aus p-InP besteht; 32 bezeichnet eine Kontaktschicht
aus p-InGaAs auf der p-Typ-Deckschicht 30;
und 34 steht für eine
Grundierungselektrodenschicht mit Ti-, Pt- und Au-Schichten, die
von einer Kontaktschicht 32 nach oben angehäuft werden.
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Der
optische Wellenleitergrat 14 besteht aus der n-Typ-Deckschicht 26,
der optischen Absorptionsschicht 28, der p-Typ-Deckschicht 30,
der Kontaktschicht 32, und der Grundierungselektrodenschicht 34.
Die Basis einer Seite des optischen Wellenleitergrates 14 hat
Kontakt zum Ausläufer 26a der n-Typ-Deckschicht 26,
und die Basis der anderen Seite hat Kontakt mit dem InP-Substrat 12.
Ein Teil der Seite, die mit dem InP-Substrat 12 in Kontakt
ist, besitzt einen gleichförmig
flachen Teil 14a, der breiter als die p-Typ-Elektrode 22 ist
und sich von der Kontaktschicht 32 zur Oberfläche des
InP-Substrats 12 erstreckt. Über dem flache Teil 14a hat
die n-Typ-Deckschicht 26 keine Stufen, die seitlich vom optischen
Wellenleitergrat 14 hervorstehen.
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Ein
Teil der p-Typ-Elektrode 22 wird durch die Öffnung 18 auf
die Grundierungsmetallschicht 34 über der oberen Oberfläche des
optischen Wellenleitergrats 14 montiert, wodurch die Elektrode 22 elektrisch
mit der Schicht 34 verbunden ist. Die p-Typ-Elektrode 22 steht
in engem Kontakt mit dem Oberflächenschutzfilm 16,
und erstreckt sich von der Spitze des optischen Wellenleitergrats 14 über das seitliche
flache Teil 14a zu seiner Basis. Die p-Typ-Elektrode 22 erstreckt
sich weiter über
das InP-Substrat 12 und steht in engem Kontakt mit dem Oberflächenschutzfilm 16,
so dass ein Ende der Elektrode 22 einen Anschlußfleck 22a auf
dem freigelegten Abschnitt der Oberfläche des InP-Substrats 12 bildet,
wobei der Oberflächenschutzfilm 16 dazwischen
liegt.
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Die
p-Typ-Elektrode besteht aus Ti- und Au-Schichten, die auf der Grundierungsmetallschicht angehäuft werden.
Die Elektrode 22 kann, falls erforderlich, mit einer Au-Schicht überzogen
werden. Alternativ kann die p-Typ-Elektrode 22 direkt ohne
eine Grundierungsmetallschicht 34 dazwischen auf die Kontaktschicht
aufgebracht werden.
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Die
Oberfläche
des Ausläufers 26a der n-Typ-Deckschicht 26 ist
vom Oberflächenschutzfilm 16 bedeckt.
Die n-Typ-Elektrode 24 wird auf dem Ausläufer 26a durch
die Öffnung 20 gebildet,
um eine elektrischen Verbindung mit der n-Typ-Deckschicht 26 zu
sichern.
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Der
Schnitt nach 3 ist im Wesentlichen gleich
wie 2; der Unterschied besteht darin, dass in 3 die
Grundierungsmetallschicht 34 auf der Oberfläche der
Spitze des optischen Wellenleitergrates 14 vom Oberflächenschutzfilm 16 bedeckt
ist und dass sowohl die Öffnungen 18 und 20 als
auch die p-Typ- und n-Typ-Elektroden 22 und 24 fehlen.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren
zur Herstellung des optischen Modulators 10 wird nun beschrieben.
Die 4, 5, 6 und 7 sind Schnitte
eines optischen Modulatorelements während verschiedener Herstellschritte.
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Auf
dem Halbisolierenden InP-Substrat 12 werden durch epitaktisches
Wachstum eine n-InP-Schicht, die die n-Typ-Deckschicht 26 bildet, die
optische Absorptionsschicht 28, die die MQW-Struktur aus
InGaAsP/InGaAs(P) Materialien aufweist, eine p-InP-Schicht, die
die p-Typ-Deckschicht 30 bildet und eine p-InGaAs-Schicht,
die als Kontaktschicht 32 dient, gebildet.
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Eine
Resistschicht wird auf die gesamte Oberfläche aufgebracht. Durch einen
photolithographischen Prozeß wird
ein Resistmuster 38 gebildet, das in Richtung des optischen
Wellenleiters eine streifenförmige Öffnung mit
einer Breite von 2 bis drei Mikron (μ) aufweist. Auf dem Resistmuster 38 werden
durch Sputtern Ti-, Pt- und Au-Schichten
abgeschieden, um die Grundierungselektrodenschicht 34 zu
bilden (siehe 4).
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Das
Resistmuster 38 wird durch das Abhebe- bzw. Liftoff-Verfahren
in einer Weise entfernt, die die streifen förmige Grundierungselektrodenschicht 34 unversehrt
lägt. Ein
dielektrischer Film wie ein SiO2-Film wird
gebildet, um die streifenförmige
Grundierungselektrodenschicht 34 abzudecken. Während das
Muster des streifenförmigen
dielektrischen Films 40 mit der Grundierungselektrodenschicht 34 unversehrt
bleibt, werden die restlichen Teile durch Ätzen entfernt. Unter Nutzung
des dielektrischen Films 40 als einer gratbildenden Maske
werden die Schichten durch Trockenätzen über die optische Absorptionsschicht 28 hinaus
und bis zur Freilegung der n-Typ-Deckschicht 26 (siehe 5)
entfernt.
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Der
Teil des freigelegten Abschnitts der n-Typ-Deckschicht 26, der auf einer
Seite des Grats liegt, wird durch Ätzen entfernt. Der Vorgang
bildet auf einer Seite des Grats den optischen Wellenleitergrat 14 mit
dem gleichförmig
flachen Teil 14a, der sich von der Kontaktschicht 32 zur
Oberfläche
des InP-Substats 12 erstreckt.
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Ein
SiO2-Film, der den Oberflächenschutzfilm 16 bildet,
wird dann über
dem Ausläufer 26a der n-Typ-Deckschicht 26,
dem optischen Wellenleitergrat 14 und dem InP-Substrat 12 gebildet
(siehe 6). Der Oberflächenschutzfilm 16 kann
alternativ als SiN-Schutzfilm ausgebildet sein.
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Durch
den Oberflächenschutzfilm 16 wird
die Öffnung 18 oben
auf dem optischen Wellenleitergrat 14 und die Öffnung 20 auf
dem Ausläufer 26a der n-Typ-Deckschicht 26 (siehe 7)
gebildet. Danach wird eine Resistschicht auf dem Oberflächenschutzfilm 16 aufgebracht.
Ein Resistmuster wird gebildet durch Entfernen des Resists sowohl
von einem Bereich, der die Öffnung 20 enthält, als
auch von einem Bereich, der von der Spitze des optischen Wellenleitergrates 14,
wo sich die Öffnung 18 befindet, über den
seitlichen flachen Teil 14a zum Grund des Grats 14 und
weiter über
den freigelegten Abschnitt der Oberfläche des InP-Substrats 12 hinabreicht.
Auf der gesamten Oberfläche
werden durch Sputtern ein Ti- und ein Au-Film als Elektrodenschichten
aufgebracht. Unter Nutzung des Lift-Off-Verfahrens werden das Resistmuster
und die darauf gebildeten Elektrodenschichten entfernt.
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Die
obigen Schritte bilden die p-Typ-Elektrode 22, die durch
die Öffnung 18,
die mit der Grundierungselektrodenschicht 34 verbunden
ist und die über
den seitlichen flachen Teil 14a von der Spitzenoberfläche des
optischen Wellenleitergrats 14 zu dessen Grund hinabreicht,
wobei sie in engem Kontakt mit dem Oberflächenschutzfilm 16 ist,
und die sich weiterhin über
die Oberflächenschutzschicht 16 zum freigelegten
Abschnitt der Oberfläche
des InP-Substrats 12 erstreckt, wo ein Ende der Elektrode 22 als Anschlußfleck 22a ausgebildet
ist.
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Die
gleichen Schritte stellen die n-Typ-Elektrode 24 her, deren
eines Ende als Anschlußfleck
in dem Bereich ausgeführt
ist, der die Öffnung 20 umfaßt. Das
InP-Substrat wird
dann auf eine Dicke von 100 μm
geschliffen, was das in den 1, 2 und 3 gezeigte
optische Modulatorelement vervollständigt.
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Gemäß dem obigen
Herstellverfahren wird die streifenförmige Grundierungselektrodenschicht 34 über den
epitaktisch gewachsenen Schichten gebildet (4). Die
Grundierungselektrodenschicht 34 wird dann mit dem dielektrischen
Film bedeckt, der als gratbildende Maske dient. Wenn die Maske aufgebracht
ist, werden die verbleibenden Teile durch Trockenätzen entfernt,
um den Grat zu bilden (5). Alternativ kann das optische
Modulatorelement wie folgt hergestellt werden:
Nach dem epitaktischen
Wachstum der Schichten wird ein streifenförmiges Muster eines dielektrischen Films
gebildet. Das streifenförmige
Muster wird als eine Maske beim Trockenätzen genutzt, wodurch ein Grat
gebildet wird. Eine n-Typ-Deckschicht wird dann auf einer Seite
des Grats entfernt. Dies bildet den optischen Wellenleitergrat 14,
der ein gleichmäßig flaches
Teil 14a aufweist, das sich über eine Seite des Grats von
einer Kontaktschicht 32 zur Oberfläche eines InP-Substrats 12 erstreckt.
Wird dann das streifenförmige
Muster entfernt, wird eine Grundierungselektrodenschicht 34 durch
das Lift-off-Verfahren oben auf dem Grat gebildet. Danach wird ein
SiO2-Film als Oberflächenschutzfilm 16 auf
einem Ausläufer 26a einer
n-Typ-Deckschicht 26 auf dem optischen Wellenleitergrat 14 und
dem InP-Substrat 12 gebildet (siehe 6).
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Im
Folgenden wird beschrieben, wie die erste Ausführungsform der Erfindung arbeitet.
Ein (nicht gezeigtes) externes optisches System sendet einen Laserstrahl
in den optischen Modulator. 10. Der Laserstrahl fällt in einer
Kante der optischen Absorptionsschicht 28 ein.
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Ein
(nicht gezeigter) Signaldraht aus einer (nicht gezeigten) externen
Verdrahtung wird mit dem Kontaktfleck 22a der p-Typ-Elektrode 22 im
optischen Modulator 10 verbunden, und ein (nicht gezeigter)
Erdungsdaht wird mit der n-Typ-Elektrode 24 verbunden.
Ein Modulationssignal wird durch den Signaldraht in die p-Typ-Elektrode 22 eingegeben. Wenn
es die p-Typ-Elektrode 22 erreicht hat, erscheint das elektrische
Signal als eine Modulationssignalspannung zwischen der p-Typ-Deckschicht 30 des
optischen Modulators 14 und der n-Typ-Deckschicht 26 auf
der geschliffenen Seite. Die Modulationssignalspannung wird der
optischen Absorptionsschicht 28 zugeführt. Die Eingabe des Laserstrahls auf
eine Fläche
der optischen Ab sorptionsschicht 28 wird moduliert, indem
er basierend auf der Modulationssignalspannung ein- und ausgeschaltet
wird.
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Der
modulierte Laserstrahl tritt an einer anderen Fläche der optischen Absorptionsschicht 28 aus.
Der modulierte Laserstrahl wird durch ein Linsensystem zu optischen
Fasern zur Übertragung zum
externen optischen System geführt.
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Der
optische Modulator 10 der ersten Ausführungsform weist keine Polyimid-Schichten
auf beiden Seiten des optischen Wellenleitergrates 14 auf. Der
optische Wellenleitergrat ist an den Seiten mit dem Oberflächenschutzfilm 16 bedeckt.
Die p-Typ-Elektrode 22 steht in engem Kontakt mit dem Oberflächenschutzfilm 16 und
erstreckt sich über
das seitliche flache Teil 14a von der Spitze des optischen Wellenleitergrats 14 bis
zu dessen Fuß.
Die p-Typ-Elektrode 22 erstreckt sich weiter in engem Kontakt
mit dem Oberflächenschutzfilm 16 auf
den freigelegten Abschnitt der Oberfläche des InP-Substrats 12,
wo ein Ende der Elektrode 22 den Anschlußfleck 22a bildet.
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Die
so aufgebaute p-Typ-Elektrode hat zwei Teile, die jeweils eine Kapazität als Polplatte
aufweisen: (1) der Anschlußfleck 22a und
(2) die Seite der n-Typ Deckschicht 26, die gegenüber der
p-Typ-Elektrode über
dem Oberflächenschutzfilm 16 liegt.
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Wenn
angenommen wird, dass das InP-Substrat ungefähr 100 μm dick ist und dass der Anschlußfleck ungefähr 50 μm × 50 μm mißt, hat
der Anschlußfleck
eine Kapazität
von um die 3 fF (3 × 10-15 F). Nun wird die n-Typ Deckschicht zu
einer Dicke von 1 μm,
die p-Typ-Elektrode 22 zu einer Breite von 10 μm und der
Oberflächenschutzfilm
zu einer Dicke von 0,2 μm
angenommen. In diesem Fall hat diese Seite der n-Typ-Deckschicht 26,
die der p-Typ-Elektrode 22 über den Oberflächenschutzfilm 16 gegenüberliegt,
eine Kapazität
von 5 fF. Die Gesamtkapazität
ergibt sich somit zu ungefähr
8 fF.
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In
einer vergleichbaren herkömmlichen
optischen Modulatorstruktur, in der eine praktisch nutzbare Polyimidschicht,
auf der ein Anschlußfleck
von 50 μm × 50 μm gebildet
wird, eine Dicke von 3 μm aufweist,
ist die Kapazität
des Anschlußflecks
ungefähr
30 fF. Das bedeutet, dass der optische Modulator nach der ersten
Ausführungsform
eine Elementkapazität
von ungefähr
einem Viertel der des vergleichbaren herkömmlichen optischen Modulators
hat. Da die p-Typ-Elektrode 22 in engem Kontakt mit dem
Oberflächenschutzfilm
gebildet wird, der seitlich über
den optischen Wellenleitergrat 14 aufgebracht ist, hat
der erfindungsgemäße optische
Modulator eine einfachere Struktur und ist leichter herzustellen
als bisher.
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8 ist
eine räumliche
Ansicht einer Variante des optischen Modulators 10. 9 ist
ein Schnitt entlang der Linie IX-IX durch den optischen Modulator
in 8. Der Schnitt entlang der Linie IXa-IXa in 8 ist
derselbe wie in 2.
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Obwohl
nicht explizit wie der Oberflächenschutzfilm 16 in 1 gezeigt,
wird ein Oberflächenoxidfilm 16 in 8 über dem
gesamten Element unter einer p-Typ-Elektrode 22 und unter
einer n-Typ-Elektrode 24 angenommen, mit Ausnahme der Stellen,
an denen sie durch die Öffnungen 18 und 20 in
Kontakt mit den tieferen Schichten sind. Das Gleiche gilt für die in
den 10, 11, 13, 23 und 24 gezeigten
Strukturen.
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In 8 bezeichnet
das Bezugszeichen 46 einen optischen Modulator, und 12a repräsentiert
einen freigelegten Abschnitt der Oberfläche eines InP-Substrats 12.
Im optischen Modulator 10 wird der Ausläufer 26a der n-Typ-Deckschicht 26 nur über eine äußere Seite
des optischen Wellenleitergrats erweitert gezeigt. Im optischen
Modulator 26 erstreckt sich dagegen der Ausläufer 26a der
n-Typ-Deckschicht 26 über
beide äußere Seiten
des optischen Wellenleitergrats 14.
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Die
Kapazität
des Ausläufers 26a der n-Typ-Deckschicht 26 wächst nicht,
solange sie nicht in einem Gebiet ist, in dem die p-Typ-Elektrode 22 gebildet
wird. Somit kann sich der Ausläufer 26a über den
Teil des Halbleitersubstrats erstrecken, der mit der n-Typ-Deckschicht 26 versehen
ist. Anders als im Fall, in dem die n-Typ-Deckschicht vollständig entfernt wird, wird eine
etwas grobere Maskenausrichtung toleriert, falls keine Interferenz
in dem Bereich auftritt, in dem die p-Typ-Elektrode 22 gebildet
wird.
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10 ist
eine räumliche
Ansicht einer anderen Abwandlung des optischen Modulators 10.
In 10 steht das Bezugszeichen 48 für einen
optischen Modulator, und 50 steht für eine n-InP-Schicht. Im optischen
Modulator 48 kann die Entfernung eines Teils der n-Typ-Deckschicht 26 die
n-InP-Schicht 50 über
dem InP-Substrat 12 intakt lassen, solange die n-InP-Schicht 50 nicht
elektrisch mit der n-Typ-Deckschicht 26 des optischen Wellenleitergrats 14 verbunden
ist. Die p-Typ-Elektrode kann auf der n-InP-Schicht 50 gebildet werden.
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Die
zweite Ausführungsform
der Erfindung wird gebildet, indem ein Halbleitersubstrat auf beiden Seiten
eines optischen Wellenleitergrats in einem jeweiligen Abschnitt
freigelegt wird, und indem gleichförmige flache Teile von der
Spitze des Grates über beide
Seiten auf die Oberfläche
des Halbleitersubstrats hinabreichen. Jedes der flachen Teile ist
so angeordnet, dass es mit demfreigelegten Abschnitt der Oberfläche des
Halbleitersubstrats in Kontakt kommt. Über einem dielektrischen Film,
der den optischen Wellenleitergrat bedeckt, wird eine erste Elektrode
in engem Kontakt mit dem dielektrischen Film über die flachen Teile auf beiden
Seiten des Grats gelegt, die sich von der Spitze des Grats nach
unten erstreckt. Die erste Elektrode wird weiter auf die freien Oberflächen des
Halbleitersubstrats ausgeweitet, so dass die Enden der Elektrode
auf beiden Seiten des optischen Wellenleitergrats festgelegt sind.
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11 ist
eine räumliche
Ansicht eines optischen Modulators in der zweiten Ausführungsform der
Erfindung. 12 ist ein Schnitt entlang der
Linie XII-XII durch den optischen Modulator nach 11. Der
Schnitt entlang der Linie XIIa-XIIa in 11 ist derselbe
wie in 9. In 11 steht
das Bezugszeichen 56 für
einen optischen Modulator, 12a für einen freigelegten Abschnitt
der Substratoberfläche, auf
der ein Anschlußfleck 22a einer
p-Typ-Elektrode festliegt, und 12b für einen freigelegten Abschnitt
der Substratoberfläche,
wo ein weiteres Ende der p-Typ-Elektrode geschaffen wird.
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In
den 11 und 12 umfaßt ein optischer
Wellenleitergrat 14 über
einem Teil seiner zwei Flanken flache Teile 14a, die sich
in einförmig
flacher Weise von einer Kontaktschicht 32 zur Oberfläche eines
InP-Substrats 12 erstrecken. Die flachen Teile 14a stehen
in Kontakt mit den freigelegten Abschnitten 12a und 12b der
Substratoberfläche
am Fuß des optischen
Wellenleitergrats 14.
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Auf
der Spitze des optischen Wellenleitergrates 14 ist die
p-Typ-Elektrode 22 durch eine Öffnung 18 mit einer
Grundierungsmetallschicht 34 verbunden. Die p-Typ- Elektrode 22 reicht über einen
Oberflächenschutzfilm 16 und
entlang der ebenen Teile 14a auf beiden Seiten des optischen
Wellenleitergrats 14 zum Fuß des Grats. Auf einer Seite
des Grats 14 erstreckt sich die p-Typ-Elektrode über den Oberflächenschutzfilm 16 und
bis zur freien Substratoberfläche 12a,
wo der Anschlußfleck 22a gebildet wird.
Auf der anderen Seite des Grats 14 wird das Ende 22b der
p-Typ-Elektrode 22 auf der offenen Substratoberfläche 12b festgelegt.
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Die
Schritte zur Herstellung des optischen Modulators 56 sind
bis zu dem Ätzvorgang,
durch den die n-Typ-Deckschicht 26 freigelegt wird, die
gleichen wie die zur Herstellung des optischen Modulators der ersten
Ausführungsform
(siehe 5).
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Beim
Bilden des optischen Wellenleitergrats 14 wird ein Teil
der freien n-Typ-Deckschicht 26 durch Ätzen von beiden Seiten des
Grats 14 entfernt. Dies ergibt die einförmig flachen Teile 14a über einem
Teil der zwei seitlichen Bereiche des Grats, die von der Kontaktschicht 32 zur
Oberfläche
des InP-Substrats 12 reichen. Gleichzeitig werden diese
freien Oberflächen 12a und 12b des
InP-Substrats, die
in Kontakt mit den flachen Teilen 14a stehen, auf beiden
Seiten des Grats 14 gebildet.
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Danach
wird ein SiO2-Film, der als Schutzfilm 16 dient,
auf einem Ausläufer 26a der n-Typ-Deckschicht 26,
auf dem optischen Wellenleitergrat 14 und auf dem InP-Substrat 12 gebildet.
Die Öffnungen 18 und 20 werden
durch den Oberflächenschutzfilm 16 auf
der Spitze des optischen Wellenleitergrats und auf dem Ausläufer 26a der
n-Typ-Deckschicht 26 gebildet.
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Eine
Resistschicht wird dann auf den Oberflächenschutzfilm 16 aufgetragen.
Ein Resistmuster wird dann durch Entfernen des Resists sowohl von einem
Bereich, der die Öffnung 20 bedeckt
als auch von einem Bereich, der von der Spitze des optischen Wellenleitergrats 14 mit
der Öffnung 18 über die
beiden seitlichen ebenen Teile 14a bis zum Fuß des optischen
Wellenleitergrats 14 hinabreicht und sich weiter auf die
freien Oberflächen 12a und 12b des InP-Substrats 12 auf
beiden Seiten des Grats 14 ausbreitet.
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Über der
gesamten Oberfläche
werden durch Sputtern ein Ti-Film und ein Au-Film als Elektrodenschichten
abgeschieden. Mittels des Lift-Off-Verfahrens werden das Resistmuster
und die darauf gebildeten Elektrodenschichten entfernt.
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Die
obigen Schritte bilden die p-Typ-Elektrode 22, die durch
die Öffnung 18 mit
der Grundierungselektrodenschicht 34 verbunden ist, über die zwei
seitlichen ebenen Teile 14a von der Spitze des Wellenleitergrats 14 zu
dessen Fuß reicht,
wobei sie in engem Kontakt mit der Oberflächenschutzschicht 16 steht,
und die sich weiter über
die Oberflächenschutzschicht 16 zu
den freien Oberflächen 12a und 12b des
InP-Substrats 12 erstreckt, wo ein Ende der Elektrode 22 als
Kontaktfleck 22a und das andere Ende als Ende 22b festgelegt
ist. Die gleichen Schritte stellen eine n-Typ-Elektrode 24 her,
deren eines Ende als Kontaktfleck im Bereich ausgebildet ist, der die Öffnung 20 umfaßt.
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Das
InP-Substrat wird dann auf eine Dicke von 100 μm geschliffen, was das optische
Modulatorelement, das in den 11 und 12 gezeigt
ist, vervollständigt.
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Gemäß dem obigen
Herstellverfahren werden die freien Oberflächen 12a und 12b des
InP-Substrats 12 auf beiden Seiten des optischen Wellenleitergrats 14 gebildet.
Die p-Typ-Elektrode 12 erstreckt sich über beide Flanken des Grats 14,
so dass ein Ende der Elektrode auf dem freigelegten Abschnitt 12a und
das andere Ende auf dem freigelegten Abschnitt 12b auf
dem InP-Substrat 12 gebildet wird. Bei diesem Aufbau wächst die
Elementkapazität
des optischen Modulator nicht an, selbst wenn die Maskenausrichtung
zur Herstellung der p-Typ-Elektrode nicht sehr genau ist. Durch
die Verringerung der Abweichungen der Elementkapazität wird die
Ausbeute der Produktion des optischen Modulators verbessert.
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Funktionell
reicht es für
ein Ende der p-Typ-Elektrode 22 aus, mit der Grundierungselektrode 34 durch
die Öffnung 18 an
der Spitze des optischen Wellenleitergrats 14 verbunden
zu sein, und für
das andere Ende der p-Typ-Elektrode 22,
als Anschlußfleck 22a auf
den freigelegten Abschnitt der Oberfläche des InP-Substrats 12 gebildet
zu werden. Die p-Typ-Elektrode auf nur einer Seite des optischen Wellenleitergrats 14 auszubilden
verlangt jedoch, dass die Genauigkeit der Maskenausrichtung erhöht wird.
Herkömmlich
geschieht es oft, dass bei der Bildung der p-Typ-Elektrode auf beiden
Seiten des optischen Wellenleitergrats 14 ein Ende der
Elektrode 22 als Anschlußfleck 22a über dem
Oberflächenschutzfilm 16 auf
dem freigelegten Abschnitt des InP-Substrats 12 ausgebildet
wird, während
das andere Ende der Elektrode 22 unerwarteterweise auf
dem Ausläufer 26a der
n-Typ-Deckschicht 26 über dem
Oberflächenschutzfilm 16 gebildet
wird. Dies ergibt einen Kondensator, in dem Polplatten einander
getrennt durch den dünnen
Oberflächenschutzfilm 16 gegenüberliegen.
Diese gegen Nichterfüllung
der kapazitiven Anforderungen anfällige Struktur führt häufig zu verstärkten Elementkapazitätsschwankungen
von einem optischen Modulator zum nächsten. Die Tendenz trug dazu
bei, die Ausbeute der optischen Modulatorherstellung zu verringern.
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Im
optischen Modulator 56 nach der zweiten Ausführungsform
wird das andere Ende 22b der Elektrode 22, d.h.,
nicht der Anschlußfleck 22a,
auf dem freigelegten Abschnitt 12b des InP-Substrats 12 gebildet.
Diese Anordnung verringert die Kapazität des Endes 22b. Wenn
die Elementkapazität
so am Wachsen gehindert wird, verringern sich die Elementkapazitätsschwankungen
und die Ausbeute des optischen Modulators erhöht sich entsprechend. Weil das
Maskenausrichten einfach durchzuführen ist, vereinfachen sich
die benötigten
Herstellschritte. Dies verringert wiederum die Herstellkosten des
optischen Modulators.
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Die
dritte Ausführungsform
des optischen Modulators wird gebildet, indem zunächst ein
Teil des Halbleitersubstrats vor dem epitaktischen Wachstum zur
Herstellung eines optischen Wellenleitergrats durch Ätzen gefurcht
wird. Eine leitfähige
Schicht wird im gefurchten Bereich vergraben. Auf einem Teil der
leitfähigen
Schicht wird durch epitaktisches Wachstum ein optischer Wellenleitergrat
gebildet. Ein Verbindungsfleck einer p-Typ-Elektrode wird auf einem
freigelegten Abschnitt der Oberfläche des Halbleitersubstrats
gebildet, und eine n-Typ-Elektrode wird auf der leitfähigen Schicht
gebildet.
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13 ist
eine räumliche
Ansicht eines optischen Modulators in der dritten Ausführungsform
der Erfindung. 14 ist ein Schnitt entlang der
Linie XIV-XIV in 13. 15 ist
ein anderer Schnitt entlang der Linie XV-XV in 13.
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In
den 13, 14 und 15 bezeichnet
das Bezugszeichen 66 einen optischen Modulator, und 68 steht
für eine
n-InP-Schicht, die als die leitfähige
Schicht wirkt. Die n-InP-Schicht ist so angeordnet, dass sie ungefähr die Hälfte des
InP-Substrats 12 bedeckt. Auf der n-InP-Schicht 68 wird ein optischer
Wellenleitergrat 14 abgeschieden. Eine Seite des optischen
Wellenleitergrats 14 steht in Kontakt mit einem freigelegten
Abschnitt 12a des InP-Substrats 12 und eine andere
Seite des Grats 14 steht in Kontakt mit einem freigelegten
Abschnitt der n-InP-Schicht 68.
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Eine
p-Typ-Elektrode 22 erstreckt sich von der Spitze des optischen
Wellenleitergrats 14 zu der Seite, die in Kontakt mit dem
freigelegten Abschnitt 12a des InP-Substrats 12 steht. Die p-Typ-Elektrode 22 erstreckt
sich weiter über
einen Gratoberflächenschutzfilm 16 auf
den freigelegten Abschnitt 12a des Substrats 12,
wo ein Ende der Elektrode 22 als ein Anschlußfleck 22a festgelegt
ist.
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Die
n-Typ-Elektrode wird durch eine Öffnung 20 auf
dem freigelegten Abschnitt der n-InP-Schicht 68 gebildet.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren
zur Herstellung des optischen Modulator 66 wird nun beschrieben.
Die 16, 17, 18, 19 und 20 sind
Schnitte eines optischen Modulatorelements in verschiedenen Herstellschritten.
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Ein
isolierender Film, beispielsweise ein SiO2-Film,
wird zuerst über
der Oberfläche
des InP-Substrats 12 gebildet. Ein Maskenmuster 70 wird durch
Entfernen des isolierenden Films von dem Bereich, auf dem die n-InP-Schicht 68 geschaffen
wird, hergestellt. Mit dem Maskenmuster 70 als einer Maske
wird das InP-Substrat 12 geätzt, um einen gefurchten Teil
zu bilden. Das Maskenmuster 70 wird dann als eine selektive
Wachstumsmaske genutzt, durch die die n-InP-Schicht 68 durch
verdecktes Wachstum gebildet wird (siehe 16).
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Auf
dem InP-Substrat werden durch epitaktisches Wachstum eine n-InP-Schicht 26,
die eine n-Typ-Deckschicht bildet, eine optische Absorptionsschicht 28 mit
einer MQW-Struktur aus InGaAsP/InGaAs(P)-Materialien, eine p-InP-Schicht,
die eine p-Typ-Deckschicht 30 bildet, und eine p-InGaAs-Schicht,
die als Kontaktschicht 32 dient, gebildet (siehe 17).
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Eine
Resistschicht wird über
die ganze Oberfläche
aufgetragen. Durch eine photolithographischen Vorgang wird ein Resistmuster 38 gebildet, das
eine 2-3 μm
breite streifenförmige Öffnung in Richtung
des optischen Wellenleiters aufweist. Auf dem Resistmuster 38 werden
durch Sputtern Ti-, Pt- und Au-Schichten abgeschieden, um eine Grundierungselektrodenschicht 34 zu
bilden. Das Resistmuster 38 wird dann durch das Lift-Off-Verfahren
in einer Weise entfernt, die die streifenförmige Grundierungselektrodenschicht 34 intakt
läßt. Ein
dielektrischer Film wie ein SiO2-Film wird
von neuem gebildet, um die streifenförmige Grundierungselektrodenschicht 34 zu
bedecken. Während
das Muster des streifenförmigen
dielektrischen Films 40 intakt bleibt, werden die restlichen
Teile durch Ätzen
entfernt. Mit dem dielektrischen Film, der als eine gratbildende
Maske genutzt wird, werden die Schichten durch Trockenätzen in
solcher Weise entfernt, dass das InP-Substrat 12 auf der
einen Seite des Grats 14 freiliegt, während die n-InP-Schicht auf
der anderen Seite des Grats 14 freiliegt (siehe 18).
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Dann
wird ein SiO2-Film, der den Oberflächenschutzfilm 16 bildet, über der
n-InP-Schicht 68, dem optischen Wellenleitergrat 14 und
dem InP-Substrat 12 gebildet (Siehe 19). Durch
den Oberflächenschutzfilm 16 werden
die Öffnungen 18 und 20 auf
der Spitze des optischen Wellenleitergrats und auf der n-InP-Schicht 68 gebildet
(siehe 20). Danach wird eine Resistbeschichtung
auf den Oberflächenschutzfilm 16 aufgebracht.
Ein Resistmuster wird gebildet, indem das Resist von einem Bereich entfernt
wird, der die Öffnung 20 umfasst,
sowie von einem Bereich, der sich von der Spitzenoberfläche des
optischen Wellenleitergrats 14, die die Öffnung 18 umfasst, über das
ebene Teil 14a zum Fuß des Grats 14 und
weiter auf einen freigelegten Abschnitt 58 des InP-Substrats 12 erstreckt.
Auf der gesamten Oberfläche
werden ein Ti-Film und ein Au-Film als Elektrodenschichten durch
Sputtern abgeschieden. Durch Verwenden des Lift-Off-Verfahrens werden das
Resistmuster und die darauf gebildeten Elektrodenschichten entfernt.
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Die
obigen Schritte bilden die p-Typ-Elektrode 22, die mit
der Grundierungselektrodenschicht 34 durch die Öffnung 18 verbunden
ist, die sich über
das seitliche ebene Teil 14a von der Spitzenoberfläche des
optischen Wellenleitergrats 14 zu dessen Fuß erstreckt,
wobei sie in engem Kontakt mit dem Oberflächenschutzfilm 16 steht,
und die sich weiter über
den Oberflächenschutzfilm 16 zum
freigelegten Abschnitt des InP-Substrats 12 erstreckt,
wo ein Ende der Elektrode 22 als der Anschlußfleck 22a festgelegt
ist. Dieselben Schritte stellen die n-Typ-Elektrode her, deren eines Ende als
ein Anschlußfleck
im Gebiet ausgebildet ist, das die Öffnung 20 umfasst.
Das InP-Substrat wird dann auf eine Dicke von 100 μm geschliffen,
was das in den 13, 14 und 15 gezeigte
optische Modulatorelement vervollständigt.
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Gemäß dem obigen
Verfahren zur Herstellung des optischen Modulators 66 ist
es nicht notwendig, den Ausläufer 26a der
n-Typ-Deckschicht 26 zu bilden, die als leitende Schicht
genutzt wird. Das heißt,
dass es während
der Herstellung des optischen Wellenleitergrats 14 nicht
nötig ist,
die n-Typ-Deckschicht 26 intakt zu halten und dann den Teil
der n-Typ-Deckschicht 26 zu entfernen, in dem die p-Typ-Elektrode 22 liegt.
Das optische Modulatorelement kann daher leichter als bisher hergestellt werden.
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Im
optischen Modulator 66 wird die freie Oberfläche des
InP-Substrats 12 nur auf einer Seite des optischen Wellenleitergrats 14 bereitgestellt.
Alternativ können
ebene Teile, in den Schichten verdeckt wachsen, geschaffen werden,
so dass freie Oberflächen
des InP-Substrats 12 auf beiden Seiten des optischen Wellenleitergrats 14 verbleiben.
Wie im optischen Modulator der zweiten Ausführungsform kann die p-Typ-Elektrode 22 durch
die Öffnung 18 mit
der Grundierungselektrode 34 in Kontakt gebracht werden.
Die p-Typ-Elektrode 22 kann über die beiden ebenen Teile 14a von
der Spitzenoberfläche des
optischen Wellenleitergrats 14 zu dessen Fuß hinabreichen,
wobei sie in engem Kontakt mit dem Oberflächenschutzfilm 16 steht.
Die Elektrode 22 kann sich weiter über den Oberflächenschutzfilm 16 auf
beiden Seiten des optischen Wellenleitergrats 14 über die
freien Oberflächen
des InP-Substrats 12 in solcher
Weise erstrecken, dass ein Ende der Elektrode 22 als Anschlußfleck 22a und
das andere Ende als die Kante 22b ausgebildet sein kann.
In einer derartigen Struktur erhöht
eine etwas grobere Maskenausrichtung zur Herstellung der p-Typ-Elektrode 22 nicht
die Elementkapazität
des optischen Modulators. Mit so reduzierten Elementkapazitätsabweichungen
erhöht
sich demgemäß die Ausbeute
bei der Herstellung der optischen Modulatoren. Daraus ergeben sich
verringerte Herstellkosten für
den optischen Modulator.
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Obwohl
gezeigt wird, dass die n-InP-Schicht der obigen dritten Ausführungsform
durch verdecktes Wachstum gebildet wird, ist die Erfindung nicht
darauf beschränkt.
Alternativ kann die n-InP-Schicht einfacher durch eine n-Dotierung mit Si-
oder S-Ionen, die in das Substrat implantiert oder eindiffundiert
werden, hergestellt werden.
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Dies
erlaubt die Herstellung eines günstigeren
optischen Modulators.
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Die
vierte Ausführungsform
dieser Erfindung wird gebildet, indem ein Dielektrikum an einem
Fuß eines
optischen Wellenleitergrats und zwischen einem Oberflächenschutzfilm
und einer p-Typ-Elektrode erstellt wird. 21 ist
ein Schnitt eines optischen Modulators gemäß der vierten Ausführungsform
der Erfindung. Der Schnitt entspricht beispielweise dem im entlang
der Linie II-II in 1. Abgesehen vom Vorhandensein
des Dielektrikums ist die vierte Ausführungsform strukturell gleich
dem optischen Modulator 10 der ersten Ausführungsform.
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In 21 bezeichnet
das Bezugszeichen 78 SOG (Spin-On-Glas) das als Dielektrikum verwendet wird.
Das SOG 78 kann beispielsweise durch Polyimid ersetzt werden.
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Eine
p-Typ-Elektrode wird seitlich an einem optischen Wellenleitergrat 14 über einem
Oberflächenschutzfilm 16 geschaffen.
Wenn angenommen wird, dass eine n-Typ-Deckschicht 1 μm dick ist,
dass eine p-Typ-Elektrode 22 10 μm breit ist und dass der Oberflächenschutzfilm 16 0,2 μm dick ist,
dann hat der Bereich, wo die p-Typ-Elektrode 22 durch den Oberflächenfilm 16 gegenüber der
n-Typ-Deckschicht 26 positioniert ist, eine Kapazität von ungefähr 5 fF,
was nicht zu vernachlässigen
ist.
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Der
Fehler kann durch rotierendes Auftragen einer dielektrischen Substanz
wie SOG auf das Element nach der Bildung des optischen Wellenleitergrats 14 und
dessen Abdeckung mit dem Oberflächenschutzfilm 16 umgangen
werden. Das SOG 78 wird so über dem Oberflächenschutzfilm 16 am
Fuß des
optischen Wellenleitergrats 14 aufgetragen.
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Wird
das SOG 78 zwischen den Oberflächenschutzfilm 16 und
die p-Typ-Elektrode 22 gebracht, erhöht sich der Abstand zwischen
den Polplatten einer Kondensatorstruktur, die durch den interessierenden
Bereich gebildet wird. Diese Anordnung verringert die Kapazität des Bereichs,
was wiederum die Elementkapazität
verringert und zur Verbesserung der Hochgeschwindigkeitscharakteristik des
optischen Modulators beiträgt.
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Obwohl
diese Eigenschaft der vierten Ausführungsform mit Bezug auf den
optischen Modulator 10 der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, ist
die Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Eigenschaft kann mit
gleichen Ergebnissen auch auf optische Modulatoren der anderen bisher
beschriebenen Ausführungsformen
angewendet werden.
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Die
fünfte
Ausführungsform
dieser Erfindung wird durch Einbau einer Hochwiderstands-Halbleiterschicht,
die dünner
als ein optischer Wellenleitergrat ist, zwischen eine Seite des
Grats und einen dielektrischen Film gebildet. 22 ist
ein Schnitt eines optischen Modulators gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung. Der
Schnitt entspricht beispielsweise dem entlang der Linie II-II in 1.
Abgesehen vom Vorhandensein der Hochwiderstands-Halbleiterschicht
ist die fünfte
Ausführungsform
strukturell gleich wie der optische Modulator 10 der ersten
Ausführungsform.
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In 22 bezeichnet
das Bezugszeichen 80 einen optischen Modulator, und 82 steht
für eine Fe-dotierte
InP-Schicht, die
als die Hochwiderstands-Halbleiterschicht dient. Die Fe-dotierte InP-Schicht 82 wird
als Schutzschicht seitlich über den
optischen Wellenleitergrat gebildet. Die Schicht 82 hat
eine Dicke, die die des optischen Wellenleitergrats nicht übersteigt,
beispielsweise zwischen 0,01 μm
und 0,3 μm
und bevorzugt zwischen 0,01 μm
und 0,1 μm.
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Der
optische Modulator der fünften
Ausführungsform
enthält
ebenso wie die bisher beschriebenen Ausführungsformen keine Hochwiderstands-Halbleiterschicht,
die dicker ist als der optische Wellenleitergrat 14 entlang
einer seiner Seiten. Im optischen Modulatorelement wird Licht durch
eine Differenz der Brechzahlen zwischen der Substanz, die den optischen
Wellenleitergrat 14 bildet und dem ihn umgebenden Raum
kreuzweise eingeschlossen bzw. totalreflektiert. Wenn die Fe-dotierte
InP-Schicht 82 dünner
als der optische Modulatorgrat 14, aber dicker als 0,3 μm ist, kann
die Form des Laserstrahls instabil werden. Der Fehler wird umgangen,
indem eine Fe-dotierte InP-Schicht 82 bereitgestellt wird, deren
Dicke deutlich geringer als der Grat des optischen Modulators ist.
Die Struktur hilft, den optischen Wellenleitergrat 14 zu
schützen
und erhöht
dessen Zuverlässigkeit.
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Obwohl
die Eigenschaften der fünften
Ausführungsform
mit Bezug auf den optischen Modulator 10 der ersten Ausführungsform
beschrieben werden, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Die
Eigenschaft kann ebenso auf optische Modulatoren der anderen bisher
beschriebenen Ausführungsformen
angewendet werden und schafft dabei die gleichen Ergebnisse.
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Die
sechste Ausführungsform
dieser Erfindung bildet eine Halbleiterlasereinrichtung, die mit
einem erfindungsgemäßen optischen
Modulator ausgestattet ist, wobei beide Einrichtungen auf dem gleichen
Substrat angebracht sind. 23 ist
eine räumliche
Ansicht einer Halbleiterlasereinrichtung mit einem optischen Modulator
gemäß der sechsten
Ausführungsform
der Erfindung. In 23 steht das Bezugszeichen 84 für eine mit
einem optischen Modulator ausgestattete Halbleiterlasereinrichtung, 86 für eine Laserdiode
vom DFB-Typ und 88 für
einen optischen Modulator.
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Der
optische Modulator 88 und die Laserdiode 86 vom
DFB-Typ werden auf ein gemeinsames InP-Substrat aufgebracht, um
eine mit einem optische Modulator ausgestattete Halbleiterlasereinrichtung
zu bilden. Eine optische Absorptonsschicht 28 und eine
(nicht gezeigte) aktive Schicht der Laserdiode 86 vom DFB-Typ
werden entlang derselben optischen Achse im Optischen Modulator 88 ausgerichtet.
Die Verwendung des optischen Modulators 88 nach einer der
oben beschriebenen ersten bis fünften Ausführungsformen
dabei schafft eine mit einem optischen Modulator ausgestattete Halbleiterlasereinrichtung,
die eine exzellente Hochgeschwindigkeitscharakteristik bietet.
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Die
mit einem optischen Modulator ausgestattete Halbleiterlasereinrichtung
nach der sechsten Ausführungsform
hat eine monolithische Struktur, die eine kleine und sehr verläßliche photonische
Halbleiterlasereinrichtung bildet. Die in 23 gezeigte
mit einem optischen Modulator ausgestattete Halbleiterlasereinrichtung
wird unter Nutzung des optischen Modulators 10 der ersten
Ausführungsform
hergestellt. 24 ist eine räumliche
Ansicht einer Variante der in 23 gezeigten
sechsten Ausführungsform.
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In 24 steht
das Bezugszeichen 90 für eine
mit einem optischen Modulator ausgestattete Halbleiterlasereinrichtung, 86 für eine Laserdiode vom
DFB-Typ und 88 für
einen optischen Modulator. Die in 90 gezeigte
mit einem optischen Modulator ausgestattete Halbleiterlasereinrichtung
wird unter Nutzung des optischen Modulators 56 der zweiten Ausführungsform
gebildet. Diese Variante der sechsten Ausführungsform arbeitet ebenso
als ei ne mit einem optischen Modulator ausgestattete Halbleiterlasereinrichtung,
die eine exzellente Hochleistungscharakteristik bietet.
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Obwohl
oben der optische Modulator und die Halbleiterlasereinrichtung als
integriert auf einem gemeinsamen Substrat aufgebaut gezeigt wurden,
ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Alternativ können die
beiden Einrichtungen separat hergestellt werden und dann ihre optischen
Achsen geeignet zueinander auf einem Montagebrett ausgerichtet werden,
und der Effekt ist derselbe.
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Alles
in allem schafft der erfindungsgemäße optische Modulator und das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung des optischen Modulators in den oben beschriebenen
Herstellschritten die folgenden wesentlichen Vorteile:
Die
erfindungsgemäße Struktur
verringert die Kapazität
des Anschlußflecks
der ersten Elektrode, wodurch ein optischer Modulator mit hervorragender Hochgeschwindigkeitsleistung
gebildet wird.
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In
einer bevorzugten erfindungsgemäßen Struktur
hat das Halbleitersubstrat auf beiden Seiten des optischen Wellenleitergrats
freigelegte Abschnitte, der optische Wellenleitergrat hat jeweils
den flachen Teil auf beiden Seiten und die erste Elektrode erstreckt
sich über
beide Seiten des optischen Wellenleitergrats, wobei zwei Enden der
ersten Elektrode jeweils auf den freien Oberflächen des Halbleitersubstrats
angeordnet sind. Die bevorzugte Struktur verringert Kapazitätsvariationen
durch die erste Elektrode von einem Modulatorelement zum nächsten.
Dies hilft, die Schwankungen der Elementkapazität zu verringern und trägt dazu
bei, eine verbesserte Ausbeute bei der Herstellung der optischen
Modulatoren zu erhalten.
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In
einer anderen bevorzugten erfindungsgemäßen Struktur erstreckt sich
die erste Deckschicht weiter bis zu einem Bereich des Halbleitersubstrats, der
außerhalb
des optischen Wellenleitergrats liegt, ausgenommen den Bereich,
in dem die erste Elektrode liegt. Die bevorzugte Struktur vereinfacht
die Maskenausrichtung bei der Herstellung der freigelegten Abschnitte
des Halbleitersubstrats, wodurch ein optischer Modulator zu geringeren
Kosten hergestellt wird.
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In
einer weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Struktur kann die zweite
Elektrode durch die zweite Öffnung
auf dem Ausläufer
der ersten Deckschicht festgelegt sein. Diese Struktur vereinfacht
es, die zweite Elektrode mit der ersten Deckschicht zu verbinden,
wodurch ein einfach aufgebauter optischer Modulator geschaffen wird.
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In
noch einer weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform kann der optische Modulator
zudem ein Dielektrikum umfassen, das zwischen dem dielektrischen
Film und der ersten Elektrode und am Fuß des optischen Wellenleitergrats
liegt und einen Bereich umfaßt,
in dem das flache Teil des Grats mit dem freigelegten Abschnitt
des Halbleitersubstrats in Kontakt ist. Die bevorzugte Struktur
verringert die Kapazität
zwischen der ersten Elektrode und der ersten Deckschicht entlang
einer Seite des optischen Wellenleitergrats, wodurch die gesamte
Elementkapazität
verringert wird. Dadurch wird ein optischer Modulator mit hervorragender Hochgeschwindigkeitscharakteristik
gebildet.
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In
noch einer weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform kann der optische Modulator
weiterhin eine leitfähige
Schicht des ersten Leitungstyps aufweisen, die über einen Teil des Halbleitersubstrats
gelegt wurde, der einen Bereich unter dem optischen Wellenleitergrat beinhaltet
und den Bereich, in dem die erste Elektrode geschaffen wird, ausschließt, wobei
die zweite Elektrode durch die zweite Öffnung des dielektrischen Films
auf der Halbleiterschicht gebildet wird. Dies schafft einen einfach
strukturierten optischen Wellenleitergrat und hilft so, einen günstigen
optischen Modulator zu bilden.
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In
noch einer weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform kann der optische Modulator
weiter eine hochresistive Halbleiterschicht aufweisen, die zwischen
einer Seite des optischen Wellenleitergrats und dem dielektrischen
Film liegt, wobei die hochresistive Halbleiterschicht dünner als der
optische Wellenleitergrat ist. Die bevorzugte Struktur verstärkt den
Schutz der Oberfläche
des optischen Wellenleitergrats, wodurch ein höchst verlässlicher optischer Modulator
geschaffen wird.
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In
einer bevorzugten Struktur der photonischen Halbleitereinrichtung
kann die Halbleiterlasereinrichtung eine Einrichtung vom Grattyp
sein, die einen optischen Wellenleitergrat hat, der auf einem halbisolierenden
Halbleitersubstrat angeordnet ist, wobei die Halbleiterlasereinrichtung
und der optische Modulator auf demselben Substrat montiert werden. Die
Anordnung, die die photonische Halbleitereinrichtung bildet, ergibt
eine monolithische Struktur, die klein und höchst verläßlich ist.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
erlaubt die Herstellung eines optischen Modulators mit einer verringerten
Elementkapazität
mit vereinfachten Schritten, wodurch ein preiswerter optischer Modulator
mit ausgezeichneten Hochgeschwindigkeitseigenschaften geschaffen
wird.
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In
einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der zweite
Schritt das Bilden freier Oberflächen
des Halbleitersubstrats auf beiden Seiten des optischen Wellenleitergrats ebenso
wie des flachen Teils jeweils auf beiden Seiten des optischen Wellenleitergrats
beinhalten und der vierte Schritt kann beinhalten, dass sich die
erste Elektrode über
beide Seiten des optischen Wellenleitergrats erstreckt und dass
zwei Seiten der ersten Elektrode jeweils auf freigelegten Abschnitten
des Halbleitersubstrats gebildet werden. Dieses bevorzugte Verfahren
vereinfacht die Maskenausrichtung beim Bilden der ersten Elektrode
und trägt
dazu bei, eine verbesserte Ausbeute bei der Herstellung des optischen
Modulators zu verringerten Kosten zu erzielen.
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In
einer anderen bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann vor dem ersten Schritt der Schritt des Bildens einer leitfähigen Schicht
vom ersten Leitungstyp über
einen Teil des halbisolierenden Halbleitersubstrats stehen; der zweite
Schritt kann das Bilden eines freigelegten Abschnitts der leitenden
Schicht während
des Bildens des freigelegten Abschnitts des Halbleitersubstrats beinhalten;
und der fünfte
Schritt kann das Bilden der zweiten Elektrode auf der leitfähigen Schicht
durch die zweite Öffnung
beinhalten. Das bevorzugte Verfahren erlaubt es, gleichzeitig sowohl
den optischen Wellenleitergrat als auch die Bereiche, in denen die ersten
und zweiten Elektroden gebildet werden, zu schaffen. Dies vereinfacht
die Schritte der Herstellung des Elements, wodurch ein kostengünstiger
optischer Modulator geschaffen wird.
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Die
Beschreibung der derzeit bevorzugten Elemente dient nur dem Zweck
der Verdeutlichung und verschiedene Änderungen und Modifikationen der
Erfindung sind möglich, ohne
vom Kern der Erfindung gemäß den beigefügten Ansprüchen abzuweichen.
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Zusammenfassend
zeigt die Erfindung Folgendes:
Ein optischer Wellenleitergrat 14 hat
eine Seite mit einem ebenen Teil 14a, das gleichförmig von
einer Spitze des Grates zu einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats 12 reicht,
wobei das ebene Teil 14a mit einem freigelegten Abschnitt
des Substrats 12 in Kontakt ist. Eine p-Typ-Elektrode 22 reicht von
der Spitze des optischen Wellenleitergrats 14 hinab und ist
in engem Kontakt mit einem dielektrischen Film 16, mit
dem der ebene Teil 14a des optischen Wellenleitergrats 14 versehen
ist. Die p-Typ-Elektrode 22 reicht
weiter über
den dielektrischen Film 16 zum freigelegten Abschnitt des
Halbleitersubstrats 12, wo ein Ende der Elektrode 22 als
Anschlußfleck 22a ausgebildet
ist.