DE10131143B4

DE10131143B4 - Optischer Modulator. Verfahren zur Herstellung desselben und photonische Halbleitereinrichtung

Info

Publication number: DE10131143B4
Application number: DE10131143A
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Tada; Kazuhisa Takagi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-11-06
Filing date: 2001-06-28
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2021-06-29
Also published as: US20020054724A1; DE10131143A1; JP4828018B2; JP2002139717A; US6778751B2

Abstract

Optischer Modulator (10, 46, 48, 56, 66), der Folgendes umfasst:
ein halbisolierendes Halbleitersubstrat (12) mit einer Oberfläche, die einen freigelegten ersten Abschnitt (12a) enthält;
einen optischen Wellenleitergrat (14), der auf einem zweiten Abschnitt der Oberläche des Halbleitersubstrats (12) angeordnet ist und der eine erste Deckschicht (26) eines ersten Leitungstyps, eine optische Absorptionsschicht (28) und eine zweite Deckschicht (30) eines zweiten Leitungstyps beinhaltet, wobei der optische Wellenleitergrat (14) weiterhin eine erste Seitenwand mit einem ersten ebenen Abschnitt (14a) aufweist, der Seitenwände der ersten Deckschicht (26), der optischen Absorptionsschicht (28) und der zweiten Deckschicht (30) enthält und gleichförmig von einer Spitze des optischen Wellenleitergrats (14) zum Halbleitersubstrat (12) hinabreicht und wobei der ebene Abschnitt (14a) mit dem freigelegten ersten Abschnitt (12a) des Halbleitersubstrats (12) in Kontakt ist;
einen dielektrischen Film (16), der den optischen Wellenleitergrat (14) und das Halbleitersubstrat (12) bedeckt und der eine erste Öffnung (18) auf der...

Description

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.
Die Erfindung beansprucht die Priorität der japani schen Patentanmeldung Nr. 2002-139717 A vom 6. November 2000 mit Beschreibung, Zeichnung, Ansprüchen und Zusammenfassung.
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.
Aus diesem Grund kann das Direktmodulationsschema nicht bei der Übertragung von hochgeschwindigkeitsmodulierten Daten über lange Distanzen bei 10 Gbps oder höher verwendet werden.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Das Dokument EP 1130708 A1 beschreibt einen optischen Elektroabsorptionsmodulator, der in einem lichtemittierenden Element integriert ist, aber keinen optischen Wellenleitergrat enthält.
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 SiO₂- 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.
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.
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.
Die Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.
Demzufolge schafft die Erfindung einen optischen Modulator gemäß Anspruch 1.
Entsprechend verringert die erfindungsgemäße Anordnung die Kapazität des Anschlußflecks der ersten Elektrode, wodurch sich ein optischer Modulator mit ausgezeichneten Hochgeschwindigkeitseigenschaften ergibt.
Weiterhin schafft die Erfindung eine photonische Halbleitereinrichtung gemäß Anspruch 8.
Demzufolge schafft die Erfindung eine photonische Halbleitereinrichtung mit hervorragender Hochfrequenzcharakteristik.
Außerdem schafft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Modulators gemäß Anspruch 10.
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.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine räumliche Ansicht eines optischen Modulators als erste Ausführungsform der Erfindung;
2 einen Schnitt der ersten Ausführungsform;
3 einen anderen Schnitt der ersten Ausführungsform;
4 einen Schnitt eines optischen Modulatorelements in der ersten Ausführungsform während eines Herstellschritts;
5 einen Schnitt des erfindungsgemäßen optischen Modulatorelements in einem anderen Herstellungsschritt;
6 einen Schnitt des erfindungsgemäßen optischen Modulatorelements in einem anderen Herstellungsschritt;
7 einen Schnitt des erfindungsgemäßen optischen Modulatorelements in einem anderen Herstellungsschritt;
8 eine räumliche Ansicht einer Variante der ersten Ausführungsform;
9 einen Schnitt der Variante der ersten Ausführungsform;
10 eine räumliche Ansicht einer anderen Variante der ersten Ausführungsform;
11 eine räumliche Ansicht eines optischen Modulators als eine zweite Ausführungsform der Erfindung;
12 einen Schnitt der zweiten Ausführungsform;
13 eine räumliche Ansicht eines optischen Modulators als eine dritte Ausführungsform der Erfindung;
14 einen Schnitt der dritten Ausführungsform;
15 einen anderen Schnitt der dritten Ausführungsform;
16 einen Schnitt eines optischen Modulatorelements in der dritten Ausführungsform in einem Herstellschritt;
die 17, 18, 19 und 20 Schnitte des erfindungsgemäßen optischen Modulatorelements in anderen Herstellschritten;
21 einen Schnitt eines optischen Modulatorelements als eine vierte Ausführungsform der Erfindung;
22 einen Schnitt eines optischen Modulatorelements als eine fünfte Ausführungsform der Erfindung;
23 eine räumliche Ansicht einer Halbleiterlasereinrichtung, die einen optischen Modulator hat und als sechste Ausführungsform der Erfindung ausgeführt ist;
24 eine räumliche Ansicht einer Variante der sechsten Ausführungsform;
25 eine räumliche Ansicht eines herkömmlichen optischen Modulators;
26 einen Schnitt des herkömmlichen optischen Modulators;
27 einen Schnitt des herkömmlichen optischen Modulators in einem Herstellschritt;
die 28 und 29 Schnitte des herkömmlichen optischen Modulators in anderen Herstellschritten.
In der Zeichnung haben die im wesentlichen gleichen Elemente dieselben Bezugszeichen.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Die n-Typ-Elektrode wird durch eine Öffnung 20 auf dem freigelegten Abschnitt der n-InP-Schicht 68 gebildet.
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.
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).
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).
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).
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.
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.
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.
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.
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.
Dies erlaubt die Herstellung eines günstigeren optischen Modulators.
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.
In 21 bezeichnet das Bezugszeichen 78 SOG (Spin-On-Glas) das als Dielektrikum verwendet wird. Das SOG 78 kann beispielsweise durch Polyimid ersetzt werden.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

Claims

Optischer Modulator (10, 46, 48, 56, 66), der Folgendes umfasst: ein halbisolierendes Halbleitersubstrat (12) mit einer Oberfläche, die einen freigelegten ersten Abschnitt (12a) enthält; einen optischen Wellenleitergrat (14), der auf einem zweiten Abschnitt der Oberläche des Halbleitersubstrats (12) angeordnet ist und der eine erste Deckschicht (26) eines ersten Leitungstyps, eine optische Absorptionsschicht (28) und eine zweite Deckschicht (30) eines zweiten Leitungstyps beinhaltet, wobei der optische Wellenleitergrat (14) weiterhin eine erste Seitenwand mit einem ersten ebenen Abschnitt (14a) aufweist, der Seitenwände der ersten Deckschicht (26), der optischen Absorptionsschicht (28) und der zweiten Deckschicht (30) enthält und gleichförmig von einer Spitze des optischen Wellenleitergrats (14) zum Halbleitersubstrat (12) hinabreicht und wobei der ebene Abschnitt (14a) mit dem freigelegten ersten Abschnitt (12a) des Halbleitersubstrats (12) in Kontakt ist; einen dielektrischen Film (16), der den optischen Wellenleitergrat (14) und das Halbleitersubstrat (12) bedeckt und der eine erste Öffnung (18) auf der Spitze des optischen Wellenleitergrats (14) und eine zweite Öffnung (20) über einem dritten Abschnitt der Oberfläche des Halbleitersubstrats (12) aufweist; eine erste Elektrode (22), die auf dem dielektrischen Film (16) angeordnet und durch die erste Öffnung (18) auf der Spitze des optischen Wellenleitergrats (14) montiert ist, wobei die erste Elektrode (22) auf den ersten ebenen Abschnitt (14a) des optischen Wellenleitergrats (14) reicht und gleichzeitig in engem Kontakt mit einer Oberfläche des dielektrischen Films (16) steht und wobei ein Ende der ersten Elektrode (22a) auf dem freigelegten ersten Abschnitt (12a) angeordnet ist; und eine zweite Elektrode (24), die auf dem Halbleitersubstrat (12) angeordnet und mit der ersten Deckschicht (26) durch die zweite Öffnung (20) des dielektrischen Films (16) verbunden ist.
Optischer Modulator nach Anspruch 1, wobei die Oberfläche des Halbleitersubstrats (12) einen freigelegten vierten Abschnitt (12b) aufweist, der freigelegte erste Abschnitt (12a) und der freigelegte vierte Abschnitt (12b) auf gegenüberliegenden Seiten des optischen Wellenleitergrats (14) angeordnet sind, der optische Wellenleitergrat (14) eine zweite Seitenwand aufweist, die der ersten Seitenwand gegenüber liegt, die zweite Seitenwand einen zweiten ebenen Abschnitt aufweist, die erste Elektrode über den ersten und den zweiten ebenen Abschnitt (14a) reicht, und ein anderes Ende (22b) der ersten Elektrode (22) auf dem freigelegten vierten Abschnitt angeordnet ist.
Optischer Modulator gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Deckschicht (26) außerdem auf einem fünften Abschnitt der Oberfläche des Halbleitersubstrats (12) angeordnet ist, der an den Bereich, in dem die erste Elektrode (22) liegt, und an den optischen Wellenleitergrat (14) angrenzt.
Optischer Modulator nach Anspruch 3, wobei der fünfte Abschnitt an den dritten Abschnitt angrenzt, wobei die erste Deckschicht (26) außerdem auf dem dritten Abschnitt angeordnet ist und wobei die zweite Elektrode (24) durch die zweite Öffnung (20) auf der ersten Deckschicht (26) angeordnet ist.
Optischer Modulator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, der weiterhin ein Dielektrikum (78) umfaßt, das zwischen dem dielektrischen Film (16) und der ersten Elektrode (22) am Fuß des optischen Wellenleitergrats (14) angeordnet ist.
Optischer Modulator nach Anspruch 1, der weiterhin eine leitfähige Schicht (68) des ersten Leitungstyps umfaßt, die über einem Teil des Halbleitersubstrats (12) angeordnet ist, der einen Bereich unter dem optischen Wellenleitergrat (14) beinhaltet und den Bereich der ersten Elektrode (22) auf dem Halbleitersubstrat (12) ausschließt, wobei die zweite Elektrode (24) durch die zweite Öffnung (20) die leitfähige Schicht (68) kontaktiert.
Optischer Modulator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, der weiterhin eine Hochwiderstands-Halbleiterschicht (82) zwischen einer Seite des optischen Wellenleitergrats (14) und dem dielektrischen Film (16) aufweist, wobei die Hochwiderstands-Halbleiterschicht (82) dünner als der optische Wellenleitergrat (14) ist.
Photonische Halbleitereinrichtung (84, 90), die Folgendes umfaßt: einen optischen Modulator (88), der aufweist: ein halbisolierendes Halbleitersubstrat (12) mit einer Oberfläche, die einen freigelegten ersten Abschnitt (12a) enthält; einen optischen Wellenleitergrat (14), der auf einem zweiten Abschnitt der Oberläche des Halbleitersubstrats (12) angeordnet ist und der eine erste Deckschicht (26) eines ersten Leitungstyps, eine optische Absorptionsschicht (28) und eine zweite Deckschicht (30) eines zweiten Leitungstyps beinhaltet, wobei der optische Wellenleitergrat (14) weiterhin eine erste Seitenwand mit einem ersten ebenen Abschnitt (14a) aufweist, der Seitenwände der ersten Deckschicht (26), der optischen Absorptionsschicht (28) und der zweiten Deckschicht (30) enthält und gleichförmig von einer Spitze des optischen Wellenleitergrats (14) zum Halbleitersubstrat (12) hinabreicht und wobei der ebene Abschnitt mit dem freigelegten ersten Abschnitt (12a) des Halbleitersubstrats (12) in Kontakt ist; einen dielektrischen Film (16), der den optischen Wellenleitergrat (14) und das Halbleitersubstrat (12) bedeckt und der eine erste Öffnung (18) auf der Spitze des optischen Wellenleitergrats (14) und eine zweite Öffnung (20) über einem dritten Abschnitt der Oberfläche des Halbleitersubstrats (12) aufweist; eine erste Elektrode (22), die auf dem dielektrischen Film (16) angeordnet und durch die erste Öffnung (18) auf der Spitze des optischen Wellenleitergrats (14) montiert ist, wobei die erste Elektrode (22) auf den ersten ebenen Abschnitt (14a) des optischen Wellenleitergrats (14) reicht und gleichzeitig in engem Kontakt mit einer Oberfläche des dielektrischen Films (16) steht und wobei ein Ende der ersten Elektrode (22a) auf dem freigelegten ersten Abschnitt (12a) angeordnet ist; und eine zweite Elektrode (24), die auf dem Halbleitersubstrat (12) angeordnet und mit der ersten Deckschicht (26) durch die zweite Öffnung (20) des dielektrischen Films (16) verbunden ist; und eine Halbleiterlasereinrichtung (86), deren optische Achse an der der optischen Absorptionsschicht (28) des optischen Modulators (88) ausgerichtet ist.
Photonische Halbleitereinrichtung nach Anspruch 8, wobei die Halbleiterlasereinrichtung eine Einrichtung vom Grattyp ist, die einen optischen Wellenleitergrat, angeordnet auf einem halbisolierenden Halbleitersubstrat, hat, wobei die Halbleiterlasereinrichtung und der optische Modulator (88) auf dem gleichen Substrat (12) aufgebaut sind.
Verfahren zur Herstellung eines optischen Modulators, das folgende Schritte beinhaltet: Zuerst Bilden einer ersten Deckschicht (26) eines ersten Leitungstyps, einer optischen Absorptionsschicht (28), und einer zweiten Deckschicht (30) eines zweiten Leitungstyps auf einem halbisolierenden Halbleitersubstrat (12); zweitens Freilegen eines ersten Abschnitts (12a) der Oberfläche des Halbleitersubstrats (12) sowie Bilden eines optischen Wellenleitergrats (14), der eine erste Seitenwand mit einem ersten ebenen Abschnitt (14a) hat, der Seitenwände der ersten Deckschicht (26), der optischen Absorptionsschicht (28) und der zweiten Deckschicht (30) enthält und gleichförmig von einer Spitze des optischen Wellenleitergrats (14) zum Halbleitersubstrat (12) reicht, wobei der erste ebene Abschnitt (14a) mit dem freigelegten ersten Abschnitt (12a) in Kontakt gebracht wird; drittens Bilden eines dielektrischen Films (16) über dem Halbleitersubstrat (12) und einer ersten und zweiten Öffnung (18, 20) durch den dielektrischen Film (16), wobei die erste Öffnung (18) an der Spitze des optischen Wellenleitergrats (14) und die zweite Öffnung (20) über einem dritten Abschnitt der Oberfläche des Halbleitersubstrats (12) ausgebildet wird; viertens Bilden einer ersten Elektrode (22) durch die erste Öffnung (18) auf der Spitze des optischen Wellenleitergrats (14) und in engem Kontakt mit dem dielektrischen Films (16) auf dem ersten ebenen Abschnitt (14a), und weiterhin eines Endes der ersten Elektrode (22a) auf dem freigelegten ersten Abschnitt (12a); und fünftens Bilden einer mit der ersten Deckschicht (26) durch die zweite Öffnung (20) des dielektrischen Films (16) verbundenen zweiten Elektrode (24).
Verfahren zur Herstellung eines optischen Modulators nach Anspruch 10, wobei der zweite Schritt das Freilegen eines vierten Abschnitts (12b) der Oberfläche des Halbleitersubstrats (12) umfaßt, der freigelegte erste Abschnitt (12a) und der freigelegte vierte Abschnitt (12b) auf gegenüberliegenden Seiten des optischen Wellenleitergrats (14) angeordnet werden, der optische Wellenleitergrat (14) so ausgebildet wird, daß er eine zweite Seitenwand aufweist, die der ersten Seitenwand gegenüber liegt und einen zweiten ebenen Abschnitt aufweist, und der vierte Schritt das Bilden der ersten Elektrode (22) über dem zweiten ebenen Abschnitt (14a) und eines anderen Endes (22b) der ersten Elektrode (22) auf dem freigelegten vierten Abschnitt enthält.
Verfahren zur Herstellung eines optischen Modulators nach Anspruch 10 oder 11, wobei dem ersten Schritt der Schritt des Bildens einer leitfähigen Schicht (68) des ersten Leitungstyps in einem Teil des halbisolierenden Halbleitersubstrats (12) vorausgeht, der zweite Schritt das Freilegen eines Abschnitts der Oberfläche der leitfähigen Schicht (68) beinhaltet, und der fünfte Schritt das Bilden der zweiten Elektrode (24) auf dem freigelegten Abschnitt der leitfähigen Schicht (68) in der zweiten Öffnung (20) beinhaltet.