(57)【要約】【課題】光出力がより高い半導体光素子、集積型半導体光素子およびその製造方法を提供すること。【解決手段】活性層を含む半導体積層構造と、前記半導体積層構造の上面に接触するように形成された電極と、を備え、前記半導体積層構造の上面の少なくとも一部は、前記半導体積層構造に含まれる第１半導体層の表面と、前記第１半導体層よりも熱伝導率および電気抵抗率が低い第２半導体層の表面とによって構成されており、前記第２半導体層が前記電極と接触する面積が、前記第１半導体層が前記電極と接触する面積よりも大きい半導体光素子。【選択図】図４
2014135351.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層を含む半導体積層構造と、
前記半導体積層構造の上面に接触するように形成された電極と、
を備え、前記半導体積層構造の上面の少なくとも一部は、前記半導体積層構造に含まれる第１半導体層の表面と、前記第１半導体層よりも熱伝導率および電気抵抗率が低い第２半導体層の表面とによって構成されており、
前記第２半導体層が前記電極と接触する面積が、前記第１半導体層が前記電極と接触する面積よりも大きい、
ことを特徴とする半導体光素子。
【請求項２】
前記上面は、前記第２半導体層の一部が除去された部分において前記第１半導体層の表面の一部が露出することによって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体光素子。
【請求項３】
前記第２半導体層の一部はエッチングによって除去されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体光素子。
【請求項４】
前記第２半導体層はコンタクト層であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の半導体光素子。
【請求項５】
前記第１半導体層はメサを構成していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の半導体光素子。
【請求項６】
前記第１半導体層の表面と前記第２半導体層の表面とによって構成されている前記半導体積層構造の上面の少なくとも一部は、当該半導体光素子の光出力側に位置していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の半導体光素子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一つに記載の半導体光素子を備えることを特徴とする集積型半導体光素子。
【請求項８】
活性層を含む半導体積層構造を形成する半導体積層構造形成工程と、
前記半導体積層構造の上面に接触するように電極を形成する電極形成工程と、
を含み、前記半導体積層構造形成工程は、前記半導体積層構造の上面の少なくとも一部が、前記半導体積層構造に含まれる第１半導体層の表面と、前記第１半導体層よりも熱伝導率および電気抵抗率が低い第２半導体層の表面とによって構成され、かつ前記第２半導体層が前記電極と接触する面積が、前記第１半導体層が前記電極と接触する面積よりも大きくなるように加工する加工工程を含むことを特徴とする半導体光素子の製造方法。
【請求項９】
前記加工工程において、前記第２半導体層の一部が除去された部分において前記第１半導体層の表面の一部が露出するように加工することを特徴とする請求項８に記載の半導体光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記加工工程において、前記第２半導体層の一部をエッチングによって除去することを特徴とする請求項９に記載の半導体光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光素子、集積型半導体光素子およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
たとえばＤＷＤＭ（Dense  Wavelength  Division  Multiplexing）光通信用の波長可変光源として、集積型半導体レーザ素子が開示されている（たとえば特許文献１参照）。特許文献１に記載の集積型半導体レーザ素子は、アレイ状に配列され、互いに発振波長が異なる複数の分布帰還（ＤＦＢ:Distributed  Feedback）型の半導体レーザと、複数の半導体レーザと接続した光合流器と、光合流器に接続した半導体光増幅器とを一つの基板上に集積したものである。このような集積型半導体レーザ素子は、たとえばＤＷＤＭ光通信ネットワークシステムにおける長距離光伝送のために、さらに光変調器が集積されて、光送信器として使用される。
【０００３】
上記のようなアレイ状に配列されたＤＦＢレーザの光導波路構造には、主に２種類のものがある。一つは、活性層をコア層とするスラブ型光導波路を有する半導体積層構造に対して、活性層の両側をエッチングしてメサ構造を形成した後に、そのメサ構造の両側にＩｎＰ層などの半導体層を再成長させた埋め込みメサ型構造である。もう一つは、上述した半導体積層構造を表面からエッチングしてトレンチ溝を形成し、そのトレンチ溝によってリッジ形状を形成したリッジ型構造である。
【０００４】
リッジ型光導波路構造のＤＦＢレーザの場合、トレンチ溝はポリイミド等の有機絶縁材料で埋められて、この有機絶縁材料の上に、リッジ型光導波路に電流を流すための電極構造が形成される（特許文献２、３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２６１５９０号公報
【特許文献２】特開２００８−１０４８４号公報
【特許文献３】特開平１０−２６７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
半導体レーザ素子や半導体光増幅器などの半導体光素子では、その光出力がより高いことが望まれている。
【０００７】
ところが、リッジ型導波路構造を有する半導体光素子の光出力特性については、半導体光素子の活性層に電流を注入するためのコンタクト層の熱伝導率が低いために、素子全体の熱抵抗が高くなり、これが原因となって光出力が制限される場合がある。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光出力がより高い半導体光素子、集積型半導体光素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る半導体光素子は、活性層を含む半導体積層構造と、前記半導体積層構造の上面に接触するように形成された電極と、を備え、前記半導体積層構造の上面の少なくとも一部は、前記半導体積層構造に含まれる第１半導体層の表面と、前記第１半導体層よりも熱伝導率および電気抵抗率が低い第２半導体層の表面とによって構成されており、前記第２半導体層が前記電極と接触する面積が、前記第１半導体層が前記電極と接触する面積よりも大きい、ことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る半導体光素子は、上記の発明において、前記上面は、前記第２半導体層の一部が除去された部分において前記第１半導体層の表面の一部が露出することによって構成されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る半導体光素子は、上記の発明において、前記第２半導体層の一部はエッチングによって除去されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る半導体光素子は、上記の発明において、前記第２半導体層はコンタクト層であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る半導体光素子は、上記の発明において、前記第１半導体層はメサを構成していることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る半導体光素子は、上記の発明において、前記第１半導体層の表面と前記第２半導体層の表面とによって構成されている前記半導体積層構造の上面の少なくとも一部は、当該半導体光素子の光出力側に位置していることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る集積型半導体光素子は、上記の発明の半導体光素子を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る半導体光素子の製造方法は、活性層を含む半導体積層構造を形成する半導体積層構造形成工程と、前記半導体積層構造の上面に接触するように電極を形成する電極形成工程と、を含み、前記半導体積層構造形成工程は、前記半導体積層構造の上面の少なくとも一部が、前記半導体積層構造に含まれる第１半導体層の表面と、前記第１半導体層よりも熱伝導率および電気抵抗率が低い第２半導体層の表面とによって構成され、かつ前記第２半導体層が前記電極と接触する面積が、前記第１半導体層が前記電極と接触する面積よりも大きくなるように加工する加工工程を含むことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る半導体光素子の製造方法は、上記の発明において、前記加工工程において、前記第２半導体層の一部が除去された部分において前記第１半導体層の表面の一部が露出するように加工することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係る半導体光素子の製造方法は、上記の発明において、前記加工工程において、前記第２半導体層の一部をエッチングによって除去することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、光出力がより高い半導体光素子を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、実施の形態１に係る集積型半導体レーザ素子の模式的な平面図である。
【図２】図２は、図１に示す集積型半導体レーザ素子のＡ−Ａ線一部断面図である。
【図３】図３は、図１に示す集積型半導体レーザ素子のＢ−Ｂ線一部断面図である。
【図４】図４は、図３の一部拡大図である。
【図５】図５は、図１に示す集積型半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図６】図６は、図１に示す集積型半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図７】図７は、比較例１、２、実施例１、２のＤＦＢレーザの光出力特性を示す図である。
【図８】図８は、図６に示す加工工程に代えて使用できる加工工程の一例を説明する図である。
【図９】図９は、光導波路内の光強度の分布を示す図である。
【図１０】図１０は、コンタクト層の形状の態様を例示する図である。
【図１１】図１１は、実施の形態２に係る集積型半導体レーザ素子の模式的な平面図である。
【図１２】図１２は、実施の形態３に係る半導体レーザ素子の模式的な平面図である。
【図１３】図１３は、実施の形態４に係る半導体レーザ素子の模式的な断面図である。
【図１４】図１４は、実施の形態５に係る半導体レーザ素子の模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、図面を参照して本発明に係る半導体光素子、集積型半導体光素子およびその製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する構成要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各層の厚さや厚さの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る集積型半導体レーザ素子の模式的な平面図である。図１に示すように、この集積型半導体レーザ素子１００は、アレイ状に配列されたＤＦＢレーザ１−１〜１−ｎ（ｎは２以上の整数）と、ＤＦＢレーザ１−１〜１−ｎとは光導波路２−１〜２−ｎを介して接続した多モード干渉（Multi-Mode  Interference：ＭＭＩ）型の光合流器３と、光合流器３の光出力ポート３ａに接続した、光出力端４ａを有する半導体光増幅器４とを備えている。集積型半導体レーザ素子１００は、半導体光素子であるＤＦＢレーザ１−１〜１−ｎ、光合流器３、および半導体光増幅器４が、基板上にモノリシックに集積されて構成されたものである。
【００２３】
ＤＦＢレーザ１−１〜１−ｎは、波長１５３０ｎｍ〜１６３０ｎｍにおいて互いに異なるレーザ発振波長を有するものである。
【００２４】
この集積型半導体レーザ素子１００は以下のように動作する。まず、ＤＦＢレーザ１−１〜１−ｎのうち選択されたいずれか一つのＤＦＢレーザが電流を注入されてレーザ光を出力する。光導波路２−１〜２−ｎのうち電流が注入されたＤＦＢレーザに接続された光導波路は、レーザ光を光合流器３に入力させる。光合流器３は出力されたレーザ光を光出力ポート３ａから出力して半導体光増幅器４に入力させる。半導体光増幅器４は入力されたレーザ光を増幅して光出力端４ａから出力する。集積型半導体レーザ素子１００は、ＤＦＢレーザ１−１〜１−ｎのうちの選択するＤＦＢレーザを変更することによって、波長可変光源として機能する。
【００２５】
図２は、図１に示す集積型半導体レーザ素子のＡ−Ａ線一部断面図であり、光合流器３の断面構造を示している。図２に示すように、光合流器３は、ｎ側電極１０１を裏面に形成し、かつバッファ層としての役割も果たすｎ型のＩｎＰからなる下部クラッド層を表面に形成した、ｎ型のＩｎＰからなる基板１０２上に、ノンドープのＩｎＰからなる下部クラッド層１１４と、１．３５ＱのＧａＩｎＡｓＰからなる受動コア層１１５と、ノンドープのＩｎＰからなる上部クラッド層１１６と、１．１５ＱのＧａＩｎＡｓＰからなるエッチストップ層１０５と、ｐ型のＩｎＰからなる上部クラッド層１０７とが積層した半導体積層構造を有している。ここで、たとえば１．３５Ｑとは、バンドギャップ波長が１．３５μｍとなる組成を意味する。
【００２６】
光合流器３の両側には、上部クラッド層１０７からエッチストップ層１０５の表面に到るまでの深さにトレンチ溝５が形成されている。このトレンチ溝５によって上部クラッド層１０７がメサを構成しており、光合流器３のリッジ形状と、サポートメサ６とが形成されている。トレンチ溝５の内壁を含めた半導体積層構造の表面はＳｉＮからなる保護膜１０９によって覆われている。また、トレンチ溝５は有機絶縁材料であるポリイミド１１０によって埋められている。
【００２７】
図３は、図１に示す集積型半導体レーザ素子のＢ−Ｂ線一部断面図であり、ＤＦＢレーザ１の断面構造を示している。ここで、ＤＦＢレーザ１とは、ＤＦＢレーザ１−１〜１−ｎのうちのいずれか一つのＤＦＢレーザを代表して示すものとする。ＤＦＢレーザ１は、基板１０２上に、活性コア層１０３と、ｐ型のＩｎＰからなる上部クラッド層１０４と、エッチストップ層１０５と、ｐ型のＩｎＰ層と１．２５ＱのＧａＩｎＡｓＰ層との周期構造が長さ方向に形成されたグレーティング層１０６と、上部クラッド層１０７と、ｐ型のＧａＩｎＡｓからなるコンタクト層１０８とが積層した半導体積層構造を有している。グレーティング層１０６の周期構造の周期は、ＤＦＢレーザ１−１〜１−ｎのそれぞれで互いに異なっている。その結果、ＤＦＢレーザ１−１〜１−ｎは、グレーティング層１０６の周期により定まる互いに異なる波長のレーザ光を出力することができる。
【００２８】
ＤＦＢレーザ１の両側にはサポートメサ６が形成されている。ＤＦＢレーザ１とサポートメサ６との間には、コンタクト層１０８からエッチストップ層１０５の表面に到るまでの深さにトレンチ溝７が形成されている。このトレンチ溝７によってＤＦＢレーザ１とサポートメサ６とが離間されるとともに、コンタクト層１０８、上部クラッド層１０７およびグレーティング層１０６がメサを構成し、ＤＦＢレーザ１のリッジ形状が形成されている。
【００２９】
トレンチ溝７の内壁を含めた半導体積層構造の表面は保護膜１０９によって覆われている。また、トレンチ溝７はポリイミド１１０によって埋められている。
【００３０】
ＤＦＢレーザ１の上部においては、保護膜１０９は除去されてコンタクト層１０８が露出しており、そこにコンタクト層１０８と接触するようにｐ側電極１１１が形成されている。ここで、コンタクト層１０８は、ｐ側電極１１１と低抵抗でオーミック接触するものである。このｐ側電極１１１はポリイミド１１０の表面に到るまで延設している。さらに、ｐ側電極１１１上には電極パッド１１２および金メッキ１１３が順次積層形成されている。電極パッド１１２および金メッキ１１３は、ポリイミド１１０の表面を介して隣接するサポートメサ６の上部に到るまで延設しており、ポリイミド１１０およびサポートメサ６によって支持されている。
【００３１】
なお、半導体光増幅器４はＤＦＢレーザ１と同一の断面構造を有している。また、光導波路２−１〜２−ｎはそれぞれ光合流器３と同一の断面構造を有している。ただし、これらの半導体光素子のメサ幅については、各素子の機能に応じて適宜設定されている。
【００３２】
つぎに、ＤＦＢレーザ１についてより具体的に説明する。図４は図３の一部拡大図である。図４に示すように、ＤＦＢレーザ１においては、活性コア層１０３からコンタクト層１０８までの半導体積層構造の上面に、ｐ側電極１１１が接触するように形成されている。
【００３３】
また、ｐ側電極１１１に接触する半導体積層構造の上面は、半導体積層構造に含まれる第１半導体層としての上部クラッド層１０７の表面と、第２半導体層の表面としてのコンタクト層１０８によって構成されている。すなわち、半導体積層構造の上面は、上部クラッド層１０７の幅と同じ幅Ｗ１を有するが、この上面は、幅Ｗ２であるコンタクト層１０８の表面（上面および両側面）と、コンタクト層１０８の両側に露出した上部クラッド層１０７の表面（幅Ｗ３、Ｗ４の表面）とで構成されている。なお、幅Ｗ３、Ｗ４は、同一の値であることが好ましいが、異なっていてもよい。
【００３４】
また、第１半導体層である上部クラッド層１０７は、上述したようにｐ型のＩｎＰからなる。ＩｎＰは、熱伝導率が６８Ｗ／ｍ／Ｋであり、電気抵抗率が９．６１×１０−２Ω・ｃｍである。コンタクト層１０８は、上述したようにｐ型のＧａＩｎＡｓからなる。ＧａＩｎＡｓは、熱伝導率が４．５Ｗ／ｍ／Ｋであり、コンタクト層１０８の電気抵抗率が４．６１×１０−５Ω・ｃｍ２である。したがって、コンタクト層１０８は、上部クラッド層１０７よりも熱伝導率および電気抵抗率が低い。
【００３５】
ここで、従来のリッジ型構造のＤＦＢレーザ等の半導体光素子では、上部クラッド層とコンタクト層とは同じ幅であり、同じ面積であったため、コンタクト層は上部クラッド層の表面を覆っていた。このため、ＤＦＢレーザの動作時に活性コア層で発生する熱の上側への放熱は、熱伝導率が低いコンタクト層を経由して行われていたため、熱抵抗が高くなっていた。
【００３６】
たとえば、メサ幅（図４の幅Ｗ１）が２μｍ、レーザ長が３００μｍ、ＧａＩｎＡｓからなるコンタクト層の厚さが３００ｎｍの時には、コンタクト層の熱抵抗が１１０Ｋ／Ｗとなる。一方、埋め込みメサ型構造のＤＦＢレーザの場合は、同等のメサ幅、レーザ長、およびコンタクト層の厚さを有する構成でも、活性コア層の両側がおもにＩｎＰからなる半導体層で埋め込まれているため、放熱経路の熱抵抗は６０Ｋ／Ｗである。したがって、リッジ型構造のＤＦＢレーザでは、埋め込みメサ型構造のＤＦＢレーザよりも熱抵抗が２倍程度になる場合があり、これによって活性コア層の接合温度が上昇しやすくなり、光出力の制限または低下の原因となっていた。
【００３７】
これに対して、本実施の形態１に係る集積型半導体レーザ素子１００のＤＦＢレーザ１では、コンタクト層１０８よりも熱伝導率が高い上部クラッド層１０７が、ｐ側電極１１１に接触する上面の一部を構成している。そのため、活性コア層１０３で発生する熱の上側への放熱において、熱伝導率が低いコンタクト層１０８を経由しない経路での放熱、すなわち上部クラッド層１０７から直接、ｐ側電極１１１への放熱も行われるため、熱抵抗が低くなり、活性コア層１０３の接合温度の上昇が抑制される。
【００３８】
さらに、このＤＦＢレーザ１では、上部クラッド層１０７よりも電気抵抗率が低いコンタクト層１０８がｐ側電極１１１と接触する面積が、上部クラッド層１０７がｐ側電極１１１と接触する面積よりも大きい。これによって、半導体積層構造とｐ側電極１１１とのコンタクト抵抗の上昇が抑制される。
【００３９】
このように、このＤＦＢレーザ１では、活性コア層１０３で発生する熱の上側への放熱における熱抵抗の低減と、半導体積層構造とｐ側電極１１１とのコンタクト抵抗上昇の抑制との両方の効果によって、光出力の制限または低下が抑制され、光出力がより高くなる。
【００４０】
たとえば、メサ幅（図４の幅Ｗ１）が１．６〜８．０μｍ、レーザ長が３００μｍ、ＧａＩｎＡｓからなるコンタクト層１０８の厚さが３００ｎｍ、上部クラッド層１０７がｐ側電極１１１と接触する幅Ｗ３、Ｗ４がいずれも０．１〜０．２μｍとわずかの時でも、上部クラッド層１０７から直接およびコンタクト層１０８を介してｐ側電極１１１に放熱される際の熱抵抗が３６Ｋ／Ｗ以下と、上述した１１０Ｋ／Ｗの１／３程度となり、埋め込みメサ型構造の場合の６０Ｋ／Ｗよりもさらに低く、その熱抵抗の低減効果はきわめて大きい。
【００４１】
また、本実施の形態１に係る集積型半導体レーザ素子１００では、半導体光増幅器４についても、ＤＦＢレーザ１と同様に、コンタクト層１０８よりも熱伝導率が高い上部クラッド層１０７が、ｐ側電極１１１に接触する半導体積層構造の上面の一部を構成し、かつ、上部クラッド層１０７よりも電気抵抗率が低いコンタクト層１０８がｐ側電極１１１と接触する面積が、上部クラッド層１０７がｐ側電極１１１と接触する面積よりも大きい。これによって、集積型半導体レーザ素子１００は光出力がさらに高いものとなる。
【００４２】
以上説明したように、本実施の形態１に係る集積型半導体レーザ素子１００は、光出力がより高いものである。
【００４３】
（製造方法）
つぎに、本実施の形態１に係る集積型半導体レーザ素子１００の製造方法の一例を説明する。図５、６は、図１に示す本実施の形態１に係る集積型半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。
【００４４】
はじめに、ＭＯＣＶＤ（Metal  Organic  Chemical  Vapor  Deposition）結晶成長装置を用い、成長温度６００度において、基板１０２上にバッファ層を成長し、さらに、活性コア層１０３、上部クラッド層１０４、エッチストップ層１０５、ＧａＩｎＡｓＰ層１２０、およびｐ型のＩｎＰからなるキャップ保護層１２１を順次成長する（図５（ａ）参照）。
【００４５】
なお、各半導体層の特性を例示すると、活性コア層１０３は、ＧａＩｎＡｓＰからなり、多重量子井戸（ＭＱＷ：Multi  Quantum  Well）構造の上下に３段階の分離閉じ込めヘテロ構造（ＳＣＨ：Separate  Confinement  Heterostructure）を形成したＭＱＷ−ＳＣＨ構造を有する。なお、ＭＱＷは例えば、６層の厚さ６ｎｍの井戸層と厚さ１０ｎｍの障壁層とが交互に積層された、いわゆる６ＱＷの構造を有する。また、上部クラッド層１０４、エッチストップ層１０５、ＧａＩｎＡｓＰ層１２０、およびキャップ保護層１２１の厚さはそれぞれ３０ｎｍ、１０ｎｍ、２０ｎｍ、１０ｎｍである。
【００４６】
つぎに、ＤＦＢレーザ１−１〜１−ｎを形成すべき領域において、ＩＣＰ(Inductive  Coupling  Plasma)−ＲＩＥ(Reactive  Ion  Etcher)によって、ＧａＩｎＡｓＰ層１２０の底面に到る深さまで、周期２４０ｎｍ程度の回折格子状にエッチングする（図５（ｂ）参照）。これによってグレーティング層１０６を形成する。なお、上記周期は、ＤＦＢレーザ１−１〜１−ｎを形成すべき各領域によって異なるようにする。
【００４７】
つぎに、ＤＦＢレーザ１−１〜１−ｎおよび半導体光増幅器４を形成すべきアクティブ領域をＳｉＮからなる保護マスクＭ１で覆い、アクティブ領域以外の領域（以下、パッシブ領域とする）をＩＣＰ−ＲＩＥと硫酸によるウェットエッチングとにより、活性コア層１０３の底面に到る深さまでエッチングし、活性コア層１０３を除去する（図５（ｃ）参照）。
【００４８】
つぎに、パッシブ領域に、光導波路２−１〜２−ｎおよび光合流器３を形成するための半導体積層構造を形成する。具体的には、下部クラッド層１１４、受動コア層１１５、上部クラッド層１１６、およびエッチストップ層１０５を順次バットジョイント成長によって再成長する（図５（ｄ）参照）。なお、受動コア層１１５の厚さはたとえば３００ｎｍとし、活性コア層１０３と厚さ方向の中心を一致させて接続するようにする。
【００４９】
つぎに、保護マスクＭ１を除去した後に全面に上部クラッド層１０７とコンタクト層１０８とを順次成長する。これによって、ＤＦＢレーザ１−１〜１−ｎ、光導波路２−１〜２−ｎ、光合流器３および半導体光増幅器４を構成するリッジ型光導波路を形成するためのスラブ型光導波が形成される。その後、パッシブ領域のコンタクト層１０８を除去する（図５（ｅ）、（ｆ）参照）。
【００５０】
つぎに、図１のＢ−Ｂ線断面に対応する図６を用いて説明する。まず、アクティブ領域において、コンタクト層１０８上に、レジストからなる幅Ｗ２（図４参照）の保護マスクＭ２を形成し、保護マスクＭ２をマスクとして、硫酸系エッチング液によって、保護マスクＭ２で覆われていない部分のコンタクト層１０８をエッチング除去する（図６（ａ）、（ｂ）参照）。つぎに、保護マスクＭ２を除去後、コンタクト層１０８を覆うようにＳｉＮからなる保護マスクＭ３を形成する（図６（ｃ）参照）。保護マスクＭ３の幅は、メサ幅である幅Ｗ１とする。つぎに、ＩＣＰ−ＲＩＥによってエッチストップ層１０５までドライエッチングを行なう（図６（ｄ）参照）。これによってグレーティング層１０６および上部クラッド層１０７をメサ形状とし、ＤＦＢレーザ１−１〜１−ｎのリッジ構造を形成する。その後、保護マスクＭ３を除去する。これによって半導体積層構造の上面には、コンタクト層１０８の両側に上部クラッド層１０７の表面の一部が露出する。半導体光増幅器４のリッジ構造もこの工程で同時に形成する。
【００５１】
なお、パッシブ領域については、図６（ａ）、（ｂ）の工程を行う際は保護マスクで覆い、図６（ａ）、（ｂ）の工程によって、光導波路２−１〜２−ｎおよび光合流器３のリッジ構造を形成する。
【００５２】
つぎに、全面にポリイミド１１０を塗布する。ポリイミド１１０を塗布した後に、２．３８質量％の酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）によってウェットエッチングを行ない、各リッジ型光導波路の上部を露出させるいわゆる頭出しを行なう。その後、トレンチ溝５、７に残されたポリイミド１１０をキュアして熱硬化する。
【００５３】
つぎに、フォトリソグラフィ技術によって、ＤＦＢレーザ１−１〜１−ｎおよび半導体光増幅器４を形成するためのリッジ型光導波路以外の領域をレジストで覆い、レジストで覆わなかったリッジ型光導波路の上部の保護膜１０９をＲＩＥによってエッチング除去する。これによってコンタクト層１０８の表面および側面と、上部クラッド層１０７の表面の一部とを露出させる。その後レジストを除去する。
【００５４】
つぎに、フォトリソグラフィ技術によって、ｐ側電極１１１を形成するためのパターンを有するレジストを形成し、全面にＡｕＺｎ膜を蒸着した後にアセトンによるリフトオフを行なう。これによってｐ側電極１１１を形成する。このとき、ｐ側電極１１１は、コンタクト層１０８の表面（上面および両側面）と、上部クラッド層１０７の表面の一部とで構成される半導体積層構造の上面に接触するように形成される。
【００５５】
つぎに、Ｔｉ／Ｐｔの２層構造の電極パッド１１２、およびｐ側電極１１１と電極パッド１１２との接触抵抗を低減するための金メッキ１１３を形成する。
【００５６】
その後、基板１０２の裏面全面を研磨し、研磨した裏面にＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ膜を蒸着してｎ側電極１０１を形成した後、オーミックコンタクトをとるために４３０℃で焼結（シンタ）する。最後に、素子分離して集積型半導体レーザ素子１００が完成する。
【００５７】
ここで、本発明の実施例１、２として、実施の形態１のＤＦＢレーザと同様の構成を有し、メサ幅が２μｍ、レーザ長が６００μｍ、ＧａＩｎＡｓからなるコンタクト層の厚さが３００ｎｍ、上部クラッド層がｐ側電極と接触する幅がいずれも０．１〜０．２μｍのＤＦＢレーザを作製し、その光出力特性（注入電流と光出力との関係）を調べた。一方、比較例１、２として、実施例１、２と同様の構成であるが、コンタクト層の幅とメサ幅が同一であり、上部クラッド層がｐ側電極と接触しないＤＦＢレーザを作製し、その光出力特性を調べた。
【００５８】
図７は、比較例１、２、実施例１、２のＤＦＢレーザの光出力特性を示す図である。図７に示すように、実施例１、２のＤＦＢレーザは、たとえば注入電流が２００ｍＡの場合に、比較例１、２のＤＦＢレーザよりも飽和光出力が２０％以上向上した。また、このとき、比較例１、２のＤＦＢレーザの電気−光変換効率は、それぞれ５０％、６０％であったが、実施例１、２のＤＦＢレーザの電気−光変換効率は、それぞれ６０％、７２％であった。
【００５９】
ところで、半導体積層構造の上面を、コンタクト層１０８の表面と、上部クラッド層１０７の表面とで構成されるように加工する方法は、図６に示す方法には限定されない。
【００６０】
図８は、図６に示す加工工程に代えて使用できる加工工程の一例を説明する図である。図８では、まず、アクティブ領域において、コンタクト層１０８上に、ＳｉＮからなる幅Ｗ１（図４参照）の保護マスクＭ５を形成する。つぎに、ＩＣＰ−ＲＩＥによってエッチストップ層１０５までドライエッチングを行なう（図８（ｂ）参照）。これによってグレーティング層１０６、上部クラッド層１０７およびコンタクト層１０８をメサ形状とし、ＤＦＢレーザ１−１〜１−ｎのリッジ構造を形成する。つぎに、硫酸系エッチング液によってコンタクト層１０８を幅Ｗ３、Ｗ４だけサイドエッチングする（図８（ｃ）参照）。その後、保護マスクＭ５を除去する（図８（ｄ）参照）。これによって半導体積層構造の上面には、コンタクト層１０８の両側に上部クラッド層１０７の表面の一部が露出する。
【００６１】
ところで、ＤＦＢレーザ等の半導体レーザ素子や、半導体光増幅器などでは、光導波路内部の光強度は、図９に示すように光出力側に向かって増大し、飽和する。そのため、光出力側では光強度が十分に大きく、飽和しているので、注入すべき電流量は光入力側と比較して少なくしても良い。したがって、コンタクト抵抗は少し高くてもよい。そのため、たとえば光出力側ではコンタクト層とｐ側電極との接触面積を減少させる一方で上部クラッド層とｐ側電極との接触面積を増大させるように、コンタクト層の幅を調整することで、熱抵抗の低減効果をより増大させる構成としてもよい。
【００６２】
図１０は、半導体光増幅器におけるコンタクト層の形状の態様を例示する図であって、光出力側でコンタクト層とｐ側電極との接触面積を減少させる一方で上部クラッド層とｐ側電極との接触面積を増大させるように、コンタクト層の幅を調整したものである。なお、図１０では、半導体光増幅器４は光出力端４ａからレーザ光Ｌ１を出力する。
【００６３】
図１０（ａ）では、光出力端４ａ側の領域４ｂでは、コンタクト層１０８の幅が上部クラッド層１０７の幅（メサ幅）よりも狭くなっており、半導体積層構造の上面が、上部クラッド層１０７の表面と、コンタクト層１０８の表面とによって構成されている。一方、光出力端４ａ側とは反対側の領域４ｃでは、コンタクト層１０８の幅が上部クラッド層１０７の幅と等しくなっており、半導体積層構造の上面が、コンタクト層１０８の表面だけによって構成されている。
【００６４】
一方、図１０（ｂ）の半導体光増幅器４では、光出力端４ａ側に向かってコンタクト層１０８の幅が徐々に狭くなっており、半導体積層構造の上面を構成する上部クラッド層１０７の表面の面積とコンタクト層１０８の表面との面積を比較すると、上部クラッド層１０７の表面の割合が光出力端４ａ側に向かって徐々に大きくなっている。
【００６５】
図１０に示すように、半導体光素子の半導体積層構造の上面の全てが、上部クラッド層の表面とコンタクト層の表面とによって構成されている必要は無く、上面の少なくとも一部が、２つの半導体層の表面で構成されていればよい。
【００６６】
（実施の形態２）
図１１は、本発明の実施の形態２に係る集積型半導体レーザ素子の模式的な平面図である。図１１に示すように、この集積型半導体レーザ素子２００は、ＤＦＢレーザ１１と、電気吸収型（ＥＡ）変調器２１とが、基板上にモノリシックに集積されて構成されたものである。
【００６７】
ＤＦＢレーザ１１は、実施の形態１のＤＦＢレーザ１と同様の構成のＤＦＢレーザである。
【００６８】
ＥＡ変調器２１は、半導体レーザ素子１１が出力したレーザ光を変調して信号光として出力するためのものである。
【００６９】
この集積型半導体レーザ素子２００でも、半導体レーザ素子１１において、コンタクト層よりも熱伝導率が高い上部クラッド層が、ｐ側電極に接触する半導体積層構造の上面の一部を構成し、かつ上部クラッド層よりも電気抵抗率が低いコンタクト層がｐ側電極と接触する面積が、上部クラッド層がｐ側電極と接触する面積よりも大きい。これによって、活性コア層で発生する熱の上側への放熱における熱抵抗の低減と、半導体積層構造とｐ側電極とのコンタクト抵抗上昇の抑制との両方の効果によって、光出力の制限または低下が抑制され、光出力がより高くなる。
【００７０】
（実施の形態３）
図１２は、本発明の実施の形態３に係る半導体レーザ素子の模式的な平面図である。図１２に示すように、この半導体レーザ素子３００は、実施の形態１のＤＦＢレーザ１と同様の構成のＤＦＢレーザ３１単体で構成されたものである。このように、本発明は、単体の半導体光素子や、複数の半導体光素子をモノリシックに集積した集積型半導体光素子のいずれにも適用できる。
【００７１】
（実施の形態４）
図１３は、実施の形態４に係る半導体レーザ素子の模式的な断面図である。図１３に示すように、この半導体レーザ素子４１は、トレンチ付き埋め込みメサ型構造を有するＤＦＢレーザであって、ｎ側電極１０１を裏面に形成した基板１０２上に、活性コア層１０３と、上部クラッド層１０４と、グレーティング層１０６と、上部クラッド層１０７と、コンタクト層１０８とが積層した半導体積層構造を有している。この半導体レーザ素子４１は、基板１０２、活性コア層１０３および上部クラッド層１０４をメサ形状に加工した後、ｐ型のＩｎＰからなる下部埋め込み層４１１ａとｎ型のＩｎＰからなる上部埋め込み層４１１ｂとからなる埋め込み層４１１によって埋め込み、その後コンタクト層１０８から基板１０２の内部に到る深さまでトレンチ溝を形成したものである。なお、トレンチ溝はポリイミド１１０によって埋められている。また、コンタクト層１０８の表面と上部クラッド層１０７の表面とに接触するようにｐ側電極１１１が形成されている。なお、ｐ側電極１１１上には電極パッドおよび金メッキが順次積層形成されているが、図１３では記載を省略している。
【００７２】
この半導体レーザ素子４１でも、コンタクト層１０８よりも熱伝導率が高い上部クラッド層１０７が、ｐ側電極１１１に接触する半導体積層構造の上面の一部を構成し、かつ上部クラッド層１０７よりも電気抵抗率が低いコンタクト層１０８がｐ側電極１１１と接触する面積が、上部クラッド層１０７がｐ側電極１１１と接触する面積よりも大きい。これによって、この半導体レーザ素子４１は、光出力の制限または低下が抑制され、光出力がより高くなる。
【００７３】
（実施の形態５）
図１４は、実施の形態５に係る半導体レーザ素子の模式的な断面図である。図１４に示すように、この半導体レーザ素子５１は、ハイメサ型構造を有するＤＦＢレーザであって、ｎ側電極１０１を裏面に形成した基板１０２上に、活性コア層１０３と、上部クラッド層１０４と、グレーティング層１０６と、上部クラッド層１０７と、コンタクト層１０８とが積層した半導体積層構造を有している。なお、この半導体レーザ素子５１では、コンタクト層１０８から基板１０２の内部に到る深さまでハイメサ形状とされており、このハイメサはポリイミド１１０によって埋められている。また、コンタクト層１０８の表面と上部クラッド層１０７の表面とに接触するようにｐ側電極１１１が形成されている。なお、ｐ側電極１１１上には電極パッドおよび金メッキが順次積層形成されているが、図１４では記載を省略している。
【００７４】
この半導体レーザ素子５１でも、コンタクト層１０８よりも熱伝導率が高い上部クラッド層１０７が、ｐ側電極１１１に接触する半導体積層構造の上面の一部を構成し、かつ上部クラッド層１０７よりも電気抵抗率が低いコンタクト層１０８がｐ側電極１１１と接触する面積が、上部クラッド層１０７がｐ側電極１１１と接触する面積よりも大きい。これによって、この半導体レーザ素子５１は、光出力の制限または低下が抑制され、光出力がより高くなる。
【００７５】
なお、上記実施の形態では、コンタクト層の両端を除去して、その下の上部クラッド層の表面の一部を露出させているが、たとえば。コンタクト層を除去して上部クラッド層の表面の一部を露出させる位置は両端に限られず、たとえば片端や中央の位置等でもよい。
【００７６】
また、上記実施の形態に係る半導体光素子または集積型半導体光素子は、波長１５５０ｎｍ帯用にその化合物半導体や電極等の材料、サイズ等が設定されている。しかしながら、各材料やサイズ等は、光通信波長帯域内の増幅すべき光の波長に応じて適宜設定でき、特に限定はされない。上記実施の形態ではコンタクト層の構成材料はＧａＩｎＡｓのみを記載したが、例えばＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＡｓであっても良い。
【００７７】
また、上記実施の形態では、半導体レーザ素子はＤＦＢレーザであるが、本発明はＤＦＢレーザに限らず、ＤＢＲ（Distributed  Bragg  Reflector）レーザやファブリー・ペローレーザ等の各種半導体レーザ素子に適用できるものである。
【００７８】
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００７９】
１、１−１〜１−ｎ、１１、３１    ＤＦＢレーザ
２−１〜２−ｎ  光導波路
３  光合流器
３ａ  光出力ポート
４  半導体光増幅器
４ａ  光出力端
４ｂ、４ｃ  領域
５、７  トレンチ溝
６  サポートメサ
２１  変調器
４１、５１  半導体レーザ素子
１００、２００、３００  集積型半導体レーザ素子
１０１  ｎ側電極
１０２  基板
１０３  活性コア層
１０４、１１６  上部クラッド層
１０５  エッチストップ層
１０６  グレーティング層
１０７  上部クラッド層
１０８  コンタクト層
１０９  保護膜
１１０  ポリイミド
１１１  ｐ側電極
１１２  電極パッド
１１３  金メッキ
１１４  下部クラッド層
１１５  受動コア層
１２０  ＧａＩｎＡｓＰ層
１２１  キャップ保護層
４１１  埋め込み層
４１１ａ  下部埋め込み層
４１１ｂ  上部埋め込み層
Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４  幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2014135351.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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