(57)【要約】【課題】外部とのワイヤボンディングをより確実とする、半導体光素子、光送信モジュール、光モジュール、及び光伝送装置、並びにそれらの製造方法の提供。【解決手段】半導体基板と、半導体基板の第１面側に積層され、光の出射方向に沿って延伸するメサ構造を有し、出射端面より光を出射する、第１半導体多層と、第１半導体多層のメサ構造の上面と電気的に接続されるとともに、メサ構造のいずれか一方の側方に配置され、外部と電気的に接続するワイヤボンディング用の電極パッド部と、電極パッド部のうち出射端面側の外縁に接するとともに電極パッド部より積層方向に沿って立ち上がる第１立ち上がり面を含む、電極パッド周辺部と、を備え、電極パッド部の下面は、第１半導体多層のメサ構造の上面より、高い、ことを特徴とする、半導体光素子。【選択図】図２Ａ
2018170308.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の第１面側に積層され、光の出射方向に沿って延伸するメサ構造を有し、出射端面より光を出射する、第１半導体多層と、
前記第１半導体多層のメサ構造の上面と電気的に接続されるとともに、前記メサ構造のいずれか一方の側方に配置され、外部と電気的に接続するワイヤボンディング用の電極パッド部と、
前記電極パッド部のうち前記出射端面側の外縁に接するとともに前記電極パッド部より積層方向に沿って立ち上がる第１立ち上がり面を含む、電極パッド周辺部と、
を備え、
前記電極パッド部の下面は、前記第１半導体多層のメサ構造の上面より、高い、
ことを特徴とする、半導体光素子。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体光素子であって、
前記第１半導体多層は、平面視して、前記電極パッド部を含む領域が一部除去される凹部を有し、
前記電極パッド部と前記凹部との間に、樹脂が配置される、
ことを特徴とする、半導体光素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の半導体光素子であって、
前記電極パッド周辺部は、前記電極パッド部のうち前記出射端面側とは反対側の外縁に接するとともに前記電極パッド部より積層方向に沿って立ち上がる第２立ち上がり面をさらに含む、
ことを特徴とする、半導体光素子。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体光素子であって、
前記電極パッド周辺部は、平面視して、前記電極パッド部の外縁すべてを囲う、
ことを特徴とする、半導体光素子。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体光素子であって、
前記電極パッド周辺部は、前記第１立ち上がり面に接して外方に、第１平坦面をさらに含む、
ことを特徴とする、半導体光素子。
【請求項６】
請求項３に記載の半導体光素子であって、
前記電極パッド周辺部は、前記第２立ち上がり面に接して外方に、第２平坦面をさらに含む、
ことを特徴とする、半導体光素子。
【請求項７】
請求項１乃至６に記載の半導体光素子を、
備える、光送信モジュール。
【請求項８】
請求項７に記載の光送信モジュールと、
光受信モジュールと、
を備える、光モジュール。
【請求項９】
請求項８に記載の光モジュールが搭載される、光伝送装置。
【請求項１０】
半導体基板と、
前記半導体基板の第１面側に積層され、光の出射方向に沿って延伸するメサ構造を有し、出射端面より光を出射する、第１半導体多層と、
前記第１半導体多層のメサ構造の上面と電気的に接続されるとともに、前記メサ構造のいずれか一方の側方に配置され、外部と電気的に接続するワイヤボンディング用の電極パッド部と、
前記電極パッド部のうち前記出射端面側の外縁に接するとともに前記電極パッド部より積層方向に沿って立ち上がる第１立ち上がり面を含む、電極パッド周辺部と、
を備える、半導体光素子の製造方法であって、
前記電極パッド部の下面は、前記第１半導体多層のメサ構造の上面より、高く、
前記第１半導体多層を積層するステップと、
前記第１半導体多層のうち、前記電極パッド部となる領域を含んで、除去することにより、凹部を形成するステップと、
スピンコータにより、前記凹部に樹脂を塗布し、塗布される前記樹脂に段差を形成するステップと、
を備える、ことを特徴とする、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、光送信モジュール、光モジュール、及び光伝送装置、並びにそれらの製造方法に関し、特に、端面出射型の半導体光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板上に、活性層を含む半導体多層が積層される、端面出射型の半導体光素子が用いられている。一般に、特性・信頼性向上のために、端面出射型の半導体光素子の端面に、絶縁膜が形成される。ここで、絶縁膜は、例えば、反射防止膜や高反射膜である。かかる半導体光素子は、ウエハ上に大量に作成され、複数のバーに劈開される。各バーには、複数の半導体光素子が１列に並んでいる。バーとバーの間をスペーサで挟み、それをくり返す。隣り合うバーの間にスペーサを挟むことにより、複数のバーの端面に、スパッタ法により絶縁膜をまとめて形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２５３２０５号公報
【特許文献２】特開２０１１−９４５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体光素子の上表面には、電極が設けられ、また、かかる電極は、ワイヤボンディングのための電極パッド部を含んでいる。バーとスペーサの密着が不十分であれば、バーとスペーサの間に不要な隙間が発生し、端面に形成される絶縁膜の材料が、端面のみならず、半導体光素子の上表面にも廻り込むならば、電極のパッド部表面に付着することとなってしまう。パッド部表面にかかる材料が付着する場合、後の工程で行うワイヤボンディング（Ｗ／Ｂ）工程において、ワイヤボンディングの接着密度を低下させうる。かかる課題は、発明者らが鋭意検討の結果、見出したものである。
【０００５】
特許文献１の図１に、青紫色半導体レーザ素子１００の半導体基板の略平坦な表面１０ｂ（裏面）上に、広がって形成されるｎ型電極３０が開示されている。ｎ型電極３０は、下面３０ｂと、下面３０ｂの周縁より積層方向に沿って延伸する側面と、該側面の周縁より外方に広がる下面３０ａと、を含み、凹部３５を形成している。
【０００６】
特許文献１に示すｎ型電極３０の構造を、半導体光素子の上表面に形成される電極パッド部に適用するならば、電極パッド部を掘りごたつ構造に加工する必要があり、製造工程が複雑となる。
【０００７】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、外部とのワイヤボンディングをより確実とする、半導体光素子、光送信モジュール、光モジュール、及び光伝送装置、並びにそれらの製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）上記課題を解決するために、本発明に係る半導体光素子は、半導体基板と、前記半導体基板の第１面側に積層され、光の出射方向に沿って延伸するメサ構造を有し、出射端面より光を出射する、第１半導体多層と、前記第１半導体多層のメサ構造の上面と電気的に接続されるとともに、前記メサ構造のいずれか一方の側方に配置され、外部と電気的に接続するワイヤボンディング用の電極パッド部と、前記電極パッド部のうち前記出射端面側の外縁に接するとともに前記電極パッド部より積層方向に沿って立ち上がる第１立ち上がり面を含む、電極パッド周辺部と、を備え、前記電極パッド部の下面は、前記第１半導体多層のメサ構造の上面より、高い。
【０００９】
（２）上記（１）に記載の半導体光素子であって、前記第１半導体多層は、平面視して、前記電極パッド部を含む領域が一部除去される凹部を有し、前記電極パッド部と前記凹部との間に、樹脂が配置されてもよい。
【００１０】
（３）上記（１）又は（２）に記載の半導体光素子であって、前記電極パッド周辺部は、前記電極パッド部のうち前記出射端面側とは反対側の外縁に接するとともに前記電極パッド部より積層方向に沿って立ち上がる第２立ち上がり面をさらに含んでいてもよい。
【００１１】
（４）上記（３）に記載の半導体光素子であって、前記電極パッド周辺部は、平面視して、前記電極パッド部の外縁すべてを囲んでいてもよい。
【００１２】
（５）上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の半導体光素子であって、前記電極パッド周辺部は、前記第１立ち上がり面に接して外方に、第１平坦面をさらに含んでいてもよい。
【００１３】
（６）上記（３）に記載の半導体光素子であって、前記電極パッド周辺部は、前記第２立ち上がり面に接して外方に、第２平坦面をさらに含んでいてもよい。
【００１４】
（７）本発明に係る光送信モジュールは、上記（１）乃至（６）に記載の半導体光素子を、備えていてもよい。
【００１５】
（８）本発明に係る光モジュールは、上記（７）に記載の光送信モジュールと、光受信モジュールと、を備えていてもよい。
【００１６】
（９）本発明に係る光伝送装置は、上記（８）に記載の光モジュールが搭載されていてもよい。
【００１７】
（１０）本発明に係る半導体光素子の製造方法は、半導体基板と、前記半導体基板の第１面側に積層され、光の出射方向に沿って延伸するメサ構造を有し、出射端面より光を出射する、第１半導体多層と、前記第１半導体多層のメサ構造の上面と電気的に接続されるとともに、前記メサ構造のいずれか一方の側方に配置され、外部と電気的に接続するワイヤボンディング用の電極パッド部と、前記電極パッド部のうち前記出射端面側の外縁に接するとともに前記電極パッド部より積層方向に沿って立ち上がる第１立ち上がり面を含む、電極パッド周辺部と、を備える、半導体光素子の製造方法であって、前記電極パッド部の下面は、前記第１半導体多層のメサ構造の上面より、高く、前記第１半導体多層を積層するステップと、前記第１半導体多層のうち、前記電極パッド部となる領域を含んで、除去することにより、凹部を形成するステップと、スピンコータにより、前記凹部に樹脂を塗布し、塗布される前記樹脂に段差を形成するステップと、を備えていてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明により、外部とのワイヤボンディングをより確実とする、半導体光素子、光送信モジュール、光モジュール、及び光伝送装置、並びにそれらの製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る光伝送装置及び光モジュールの構成を示す模式図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の平面図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の断面図である。
【図２Ｃ】本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の断面図である。
【図３Ａ】本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の製造工程の途中を示す断面図である。
【図３Ｂ】本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の製造工程の途中を示す断面図である。
【図３Ｃ】本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の製造工程の途中を示す断面図である。
【図３Ｄ】本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の製造工程の途中を示す断面図である。
【図３Ｅ】本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の製造工程の途中を示す断面図である。
【図３Ｆ】本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の製造工程の途中を示す断面図である。
【図４Ａ】本発明の実施形態に係る絶縁膜を形成する工程を示す図である。
【図４Ｂ】本発明の実施形態に係る絶縁膜を形成する工程の一例を示す図である。
【図４Ｃ】本発明の実施形態の比較例に係る絶縁膜を形成する工程の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、図面に基づき、本発明の実施形態を具体的かつ詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、以下に示す図は、あくまで、実施形態の実施例を説明するものであって、図の大きさと本実施例記載の縮尺は必ずしも一致するものではない。
【００２１】
図１は、本発明の実施形態に係る光伝送装置１及び光モジュール２の構成を示す模式図である。光伝送装置１は、プリント回路基板１１とＩＣ１２を備えている。光伝送装置１は、例えば、大容量のルータやスイッチである。光伝送装置１は、例えば交換機の機能を有しており、基地局などに配置される。光伝送装置１に、複数の光モジュール２が搭載されており、光モジュール２より受信用のデータ（受信用の電気信号）を取得し、ＩＣ１２などを用いて、どこへ何のデータを送信するかを判断し、送信用のデータ（送信用の電気信号）を生成し、プリント回路基板１１を介して、該当する光モジュール２へそのデータを伝達する。
【００２２】
光モジュール２は、送信機能及び受信機能を有するトランシーバである。光モジュール２は、プリント回路基板２１と、光ファイバ３Ａを介して受信する光信号を電気信号に変換する光受信モジュール２３Ａと、電気信号を光信号に変換して光ファイバ３Ｂへ送信する光送信モジュール２３Ｂと、を含んでいる。プリント回路基板２１と、光受信モジュール２３Ａ及び光送信モジュール２３Ｂとは、それぞれフレキシブル基板２２Ａ，２２Ｂを介して接続されている。光受信モジュール２３Ａより電気信号がフレキシブル基板２２Ａを介してプリント回路基板２１へ伝送され、プリント回路基板２１より電気信号がフレキシブル基板２２Ｂを介して光送信モジュール２３Ｂへ伝送される。光モジュール２と光伝送装置１とは電気コネクタ５を介して接続される。光受信モジュール２３Ａや光送信モジュール２３Ｂは、プリント回路基板２１に電気的に接続され、光信号／電気信号を電気信号／光信号にそれぞれ変換する。
【００２３】
当該実施形態に係る伝送システムは、２個以上の光伝送装置１と２個以上の光モジュール２と、１個以上の光ファイバ３を含む。各光伝送装置１に、１個以上の光モジュール２が接続される。２個の光伝送装置１にそれぞれ接続される光モジュール２の間を、光ファイバ３が接続している。一方の光伝送装置１が生成した送信用のデータが接続される光モジュール２によって光信号に変換され、かかる光信号を光ファイバ３へ送信される。光ファイバ３上を伝送する光信号は、他方の光伝送装置１に接続される光モジュール２によって受信され、光モジュール２が光信号を電気信号へ変換し、受信用のデータとして当該他方の光伝送装置１へ伝送する。
【００２４】
図２Ａは、当該実施形態に係る半導体レーザ素子１００の平面図である。図２Ｂ及び図２Ｃは、当該実施形態に係る半導体レーザ素子１００の断面図である。図２Ｂは、図２Ａの切断線ＩＩＢ−ＩＩＢ線における断面を、図２Ｃは、図２Ａの切断線ＩＩＣ−ＩＩＣ線における断面を、それぞれ示している。光送信モジュール２３Ｂに、１又は複数の半導体光素子が備えられ、ここで、１又は複数の半導体光素子それぞれは、当該実施形態に係る半導体レーザ素子１００である。当該実施形態に係る半導体レーザ素子１００は、光通信に用いられる、１．３μｍ帯リッジ導波路型の直接変調型半導体レーザ素子である。
【００２５】
当該実施形態に係る半導体レーザ素子１００は、半導体基板と、第１半導体層と、樹脂層と、ｐ側電極１１３と、を備える。ここで、半導体基板は、ｎ型ＩｎＰ基板１０１であり、ｎ型ＩｎＰ基板１０１の上表面（図２Ｂ及び図２Ｃに示す上側の面）を第１面と、下表面（図２Ｂ及び図２Ｃに示す下側の面）を第２面と、それぞれ定義する。ｎ型ＩｎＰ基板１０１の第１面側に、ｎ型バッファ層１０２（ｎ型ＩｎＰ層）と、ｎ型光ガイド層１０３（ｎ型ＩｎＧａＡｌＡｓ層）と、活性層１０４と、ｐ型光ガイド層１０５（ｐ型ＩｎＧａＡｌＡｓ層）と、ｐ型クラッド層１０６（ｐ型ＩｎＰ層）と、ｐ＋型コンタクト層１０７（ｐ＋型ＩｎＧａＡｓ層）と、を含む第１半導体多層（化合物半導体層）が積層される。ここで、活性層１０４は、ＩｎＧａＡｌＡｓ井戸層とＩｎＧａＡｌＡｓ障壁層とが交互に積層される歪多重量子井戸構造を有している。なお、ｎ型光ガイド層１０３、活性層１０４、及びｐ型光ガイド層１０５の材料それぞれは、ＩｎＧａＡｌＡｓ系材料としているが、これに限定されることはなく、他の半導体化合物であってもよい。例えば、ＩｎＧａＡｓＰ系材料であっても構わない。また、ｎ型バッファ層１０２、ｎ型光ガイド層１０３、ｐ型光ガイド層１０５は必要に応じて設ければ良く、設けなくても構わない。第１半導体層は、さらに回折格子を含んでいても良い。例えば、ｐ型光ガイド層１０５が回折格子層を兼ねても構わないし、ｐ型光ガイド層１０５とｐ型クラッド層１０６との間に新たな層として回折格子層を設けても構わない。
【００２６】
第１半導体多層のｐ型クラッド層１０６及びｐ＋型コンタクト層１０７をエッチングにより除去することにより、当該実施形態に係る半導体レーザ素子１００は、光の出射方向に沿って後方端面から出射端面（前方端面）へ延伸する（直線的に延びる）リッジ構造１０８を形成している。すなわち、リッジ構造１０８の両側にあるｐ型クラッド層１０６及びｐ＋型コンタクト層１０７が除去されている。半導体レーザ素子１００は、出射端面より光を出射する端面出射型半導体レーザ素子であり、光は第１半導体多層より出射される。
【００２７】
さらに、リッジ構造１０８のいずれか一方の側方（図２Ｂの左側）に、第１半導体多層のｐ型クラッド層１０６及びｐ＋型コンタクト層１０７が除去されていないバンク部１０９が形成される。さらに、該一方の側方に、第１半導体多層のｐ型クラッド層１０６及びｐ＋型コンタクト層１０７がエッチングにより除去されている凹部１１０が形成される。第１半導体多層の上表面を覆って所定の形状に、パッシベーション膜１１１が配置される。ここで、所定の形状とは、リッジ構造１０８の上表面（最上層であるｐ型クラッド層１０６）の少なくとも一部を除く形状である。
【００２８】
樹脂層は、第１半導体多層（半導体結晶）よりも誘電率が低く絶縁性を有しており、ここでは、ポリイミド樹脂層１１２である。しかしながら、樹脂層の材料はポリイミド樹脂に限定されることはなく、第１半導体多層よりも誘電率が低く絶縁性を有していれば、他の樹脂であってもよい。例えば、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）であってもよい。樹脂層の材料は、イオンミリングなどのドライエッチングへの耐性が高く、吸湿性の低い材料を用いることが望ましい。ポリイミド樹脂層１１２は、電極パッド部１１３Ｃと凹部１１０との間に配置され、さらに、凹部１１０の縁の外側に広がるように配置される。一般に、樹脂層は粘性を有している。それゆえ、凹部１１０を埋め込むように配置されるポリイミド樹脂層１１２の上表面（図２Ｂ及び図２Ｃに示す上側の面）は、凹部１１０の縁（の外側）より内側の方が高さが低くなっている（凹んでいる）。
【００２９】
ｐ側電極１１３は、電極リッジ部１１３Ａと、電極接続部１１３Ｂと、電極パッド部１１３Ｃと、電極パッド周辺部１１３Ｄと、を含んでいる。電極リッジ部１１３Ａは、第１半導体多層のリッジ構造１０８の上表面に物理的に接するとともに、リッジ構造１０８の両側に広がる部分である。電極パッド部１１３Ｃは、ポリイミド樹脂層１１２の上面であってリッジ構造１０８の一方の側方に配置され、外部と電気的に接続するワイヤボンディング用に設けられる。電極パッド部１１３Ｃは、ワイヤボンディングのために、上表面が実質的に平坦面となっているのが望ましい。ここでは、電極パッド部１１３Ｃの外縁は矩形状（特に、正方形状）となっている。しかしながら、これに限定されることはなく、電極パッド部１１３Ｃは、円形状など他の形状を有していてもよい。
【００３０】
電極パッド周辺部１１３Ｄは、平面視して、電極パッド部１１３Ｃの外縁すべてを覆って該外縁に接するとともに、電極パッド部１１３Ｃより積層方向（図２Ｂ及び図２Ｃの上向き）に沿って立ち上がる立ち上がり面１１４を含む。立ち上がり面１１４は、積層方向に対して斜交している。さらに、電極パッド周辺部１１３Ｄは、平面視して、立ち上がり面１１４の外縁から外方へ広がる平坦面１１５を有している。ここで、該平坦面１１５は、額縁形状（中空矩形状）となっている。なお、ここでは、電極パッド周辺部１１３Ｄの外縁は、矩形状（特に、正方形状）を有している。電極パッド周辺部１１３Ｄの平坦面１１５（上表面）は、電極パッド部１１３Ｃの上表面より高い。電極パッド部１１３Ｃが矩形状を有することにより、立ち上がり面１１４は、電極パッド部１１３Ｃのうち出射端面側の外縁（図２Ａに示す下辺）に接する第１立ち上がり面１１４Ａと、電極パッド部１１３Ｃのうち出射端面側とは反対側の外縁（図２Ａに示す上辺）に接する第２立ち上がり面１１４Ｂと、電極パッド部１１３Ｃのうちリッジ構造１０８側とは反対側の外縁（図２Ａに示す左辺）に接する第３立ち上がり面１１４Ｃと、電極パッド部１１３Ｃのうちリッジ構造１０８側の外縁（図２Ａに示す右辺）に接する第４立ち上がり面１１４Ｄと、を有する。そして、平坦面１１５は、第１立ち上がり面１１４Ａに接して外方（図２Ａに示す下向き）へ広がる第１平坦面１１５Ａと、第２立ち上がり面１１４Ｂに接して外方（図２Ａに示す上向き）へ広がる第２平坦面１１５Ｂと、第３立ち上がり面１１４Ｃに接して外方（図２Ａに示す左向き）へ広がる第３平坦面１１５Ｃと、第４立ち上がり面１１４Ｄに接して外方（図２Ａに示す右向き）へ広がる第４平坦面１１５Ｄと、を有する。平面視して、電極パッド部１１３Ｃの外縁は、凹部１１０の内側に位置するのが望ましい。また、電極パッド部１１３Ｄの外縁は、凹部１１０の外側に位置するのが望ましい。
【００３１】
ここで、電極パッド部１１３Ｃの外縁、及び電極パッド周辺部１１３Ｄの外縁は、ともに矩形状を有している。電極パッド部１１３Ｃの第１の幅（図２Ａに示す縦方向の幅）は、電極パッド周辺部１１３Ｄの同方向の幅の７割以上９割以下が望ましい。同様に、電極パッド部１１３Ｃの第２の幅（図２Ａに示す横方向の幅）は、電極パッド周辺部１１３Ｄの同方向の幅の７割以上９割以下が望ましい。
【００３２】
電極接続部１１３Ｂは、電極リッジ部１１３Ａと、電極パッド周辺部１１３Ｄと、を電気的に接続するために配置される、電極引出線である。電極リッジ部１１３Ａは、電極接続部１１３Ｂ及び電極パッド周辺部１１３Ｄを介して、電極パッド部１１３Ｃと、電気的に接続される。なお、ここで、電極１１３は、（Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕの順に積層される）Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる多層膜である。電極１１３の各部位は（後述する）同一の工程で形成されるので、各部位の厚みは実質的に同一である（斜交して配置される立ち上がり面１１４、リッジ構造１０８の側面、及びバンク部１０９の側面を除く）。よって、電極１１３の（特に、積層方向の）形状は、第１半導体多層の上面やポリイミド樹脂層１１２の上面の形状に依る。特に、電極パッド周辺部１１５Ｄの立ち上がり面１１４や平坦面１１５の形状は、ポリイミド樹脂層１１２の上面の形状に依る。なお、樹脂層の材料の粘性に応じて、凹部１１０の段差の大きさ（立ち上がり面１１４の下縁と上縁の高さの差）と塗布膜厚（樹脂層厚）とは、トレードオフの関係になっていることに留意する。
【００３３】
ｎ型ＩｎＰ基板１０１の第２面に、ｎ側電極１１６が配置される。さらに、半導体レーザ素子１００の出射端面に、反射防止膜である出射端面コーティング膜１１７Ａが、出射端面とは反対側の端面である後方端面に、高反射膜である後方端面コーティング膜１１７Ｂが、それぞれ配置される。
【００３４】
当該実施形態に係る半導体光素子の第１の特徴は、電極パッド部１１３Ｃの下方に樹脂層が配置されることにより、電極パッド部１１３Ｃの下面が、第１半導体多層のリッジ構造１０８の上面より高いことにある。電極パッド部１１３Ｃの上面が、電極リッジ部１１３Ａの上面より高いのがさらに望ましい。当該実施形態では、半導体光素子がリッジ構造を有する場合について説明しているが、これに限定されることはなく、例えば、半導体光素子が埋め込みヘテロ（ＢＨ：Buried Hetero）構造やハイメサ構造（メサ構造の途中に活性層がある構造）を有する場合であっても、本発明は適用できる。ＢＨ構造やハイメサの場合も同様に第１の特徴を備えている。つまり、第１の特徴はメサ部（リッジ構造含む）の上面より電極パッド部１１３Ｃの下面のほうが高いことにある。
【００３５】
第２の特徴は、電極パッド周辺部１１３Ｄが第１立ち上がり面１１４Ａを有することにある。第１及び第２の特徴により、当該実施形態に係る半導体光素子の作製工程の途中で、隣り合うバーの間にスペーサを挟み、半導体光素子の出射端面に絶縁膜を形成する際に、出射端面に形成される絶縁膜の材料（Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＴａＯｘ等）が、出射端面のみならず、電極パッド部１１３Ｃにも廻り込んで付着することを抑制することができる。つまり、絶縁膜の材料が出射端面だけでなく電極パッド部側まで周り込んだ（入り込んだ）場合に、第１立ち上がり面１１４Ａや第１平坦面１１５Ａが防波堤的な役割をして、電極パッド部１１３Ｃに絶縁膜の材料が付着することを防止することができる。
【００３６】
第３の特徴は、電極パッド周辺部１１３Ｄが第２立ち上がり面１１４Ｂを有することにある。第１及び第３の特徴により、当該実施形態に係る半導体光素子の作製工程の途中で、隣り合うバーの間にスペーサを挟み、半導体光素子の後方端面に絶縁膜を形成する際に、後方端面に形成される絶縁膜の材料が、後方端面のみならず、電極パッド部１１３Ｃにも廻り込んで付着することを抑制することができる。上述した出射端面の場合同様に、第２立ち上がり面１１４Ｂや第２平坦面１１５Ｂが防波堤的な役割をすることで、電極パッド部１１３Ｃへ絶縁膜の材料が付着することを防止することが出来る。なお、半導体基板の第１面側に配置される各部位の高さは、半導体基板の第１面（又は第２面）を基準に決定される。
【００３７】
電極パッド部１１３Ｃは、電極パッド周辺部１１３Ｄより低い位置にあるために、製造工程において一時的に使用されるフィルム状の粘着シートをｎ型ＩｎＰ基板１０１の上面に貼り付ける場合であっても、電極パッド部１１３Ｃと接触することを抑制し、電極パッド部１１３Ｃのワイヤボンディングするための領域をクリーンな状態で維持することができる。
【００３８】
当該実施形態に係る第４の特徴は、第１半導体多層は、平面視して、電極パッド部１１３Ｃを含む領域が一部除去される凹部１１０を有し、電極パッド部１１３Ｃと凹部１１０との間に、樹脂が配置されることにある。光通信用の半導体光素子の動作速度を向上するためには、半導体光素子に付随する寄生容量を低減することが重要である。特許文献２に、電極パッド下の基板結晶をエッチングにより除去することで、誘電率の低い樹脂層を厚く形成し寄生容量を低減する構造が開示されている。当該実施形態に係る半導体光素子は、第４の特徴を有することにより、電極パッド部１１３Ｃに起因する寄生容量をより低減することができる。ポリイミド樹脂層１１２の上部に電極パッド部１１３Ｃが配置されることにより、電極パッド周辺部１１３Ｄは、ｐ側電極１１３の電極リッジ部１１３Ａよりも高い位置にあるため、ノズル等で吸着される際にメサ欠けを防止することができる。
【００３９】
なお、当該実施形態に係る電極パッド周辺部１１３Ｄは、電極パッド部１１３Ｃの外縁をすべて囲うように配置されるが、電極パッド部１１３Ｄは第３立ち上がり面１１４Ｃを含んでいなくてもよい。同様に、電極パッド部１１３Ｄは第４立ち上がり面１１４Ｄを含んでいなくてもよい。
【００４０】
以上、当該実施形態に係る半導体レーザ素子１００について説明した。以下に、当該実施形態に係る半導体レーザ素子１００の製造方法について説明する。
【００４１】
図３Ａ乃至図３Ｆは、当該実施形態に係る半導体レーザ素子１００の製造工程の途中を示す断面図である。図３Ａ乃至図３Ｆに示す断面は、図２Ｂに示す断面に対応している。
【００４２】
ｎ型ＩｎＰによるウエハ（後に、ｎ型ＩｎＰ基板１０１となる）上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ｎ型バッファ層１０２と、ｎ型光ガイド層１０３と、活性層１０４と、ｐ型光ガイド層１０５と、ｐ型クラッド層１０６と、ｐ＋型コンタクト層１０７と、を含む、第１半導体多層を積層する（第１半導体多層積層工程）。
【００４３】
第１半導体多層の上面のうち、メサ構造１０８となる領域及びバンク部１０９となる領域を含んで酸化膜１２０を、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）法により形成する。酸化膜１２０をフォトリソグラフィ技術によりパターニングする。このパターニング後の酸化膜１２０をエッチングマスクとして用いて、最初に、ｐ＋型コンタクト層１０７をエッチングにより除去する（図３Ａ参照）。リッジ構造１０８が形成されるｐ＋型コンタクト層１０７の幅は、例えば２．０μｍである。リッジ構造１０８を形成する位置の両側の開口部の幅（一方の側方においては、リッジ構造１０８とバンク部１０９との間隙）は、例えば１２μｍである。凹部１１０が形成される領域の開口部の幅は、例えば１２０μｍであり、凹部１１０が形成される領域は正方形状である。続いて、塩酸と燐酸の混合液によるウェットエッチングを用いて、ｐ型クラッド層１０６をエッチングにより除去する（リッジ構造及び凹部形成工程：図３Ｂ）。ここで、第１半導体多層のうち、電極パッド部１１３Ｃとなる領域を含んで、除去することにより、凹部１１０を形成する。かかる工程により、第１半導体多層に、リッジ構造１０８と凹部１１０とが形成される。なお、ｐ型クラッド層１０６を除去する工程において、ｐ型光ガイド層１０５は、エッチングストップ層として機能する。
【００４４】
ＣＶＤ法により、例えば、厚み０．５μｍのパッシベーション膜１１１を、半導体レーザ素子１００の上表面全体に形成する。すなわち、リッジ構造１０８及び凹部１１０にも、パッシベーション膜１１１が形成される。その後、スピンコータにより、ポリイミド樹脂層１１２を、半導体レーザ素子１００の上表面全体に塗布する（樹脂層形成工程：図３Ｃ）。この時、凹部１１０の深さ（約１．５μｍ）よりも、凹部１１０が形成される領域である開口幅（１２０μｍ）の方が十分広い。さらに、ポリイミド樹脂層１１２の粘性が適当な（高過ぎない）ものであるとき、ポリイミド樹脂層１１２は、基板表面から一定の厚さを一時的に保ち、基板表面の凹凸に応じて段差が形成される。そして、ポリイミド樹脂に含まれる溶媒を揮発させるために、ポリイミド樹脂塗布後直ちに、３５０℃までウエハを加熱しポリイミド樹脂層１１２を硬化させる。この時、ポリイミド樹脂層１１２の粘性のために、ある程度の凹凸を保持したままポリイミド樹脂層１１２が硬化されるため、凹部１１０に埋め込まれるポリイミド樹脂層１１２に段差が形成される（樹脂層塗布工程：図３Ｃ参照）。
【００４５】
ポリイミド樹脂層１１２の塗布において、塗布膜厚は粘性とスピンコータの回転数に依存するが、粘性を小さくかつスピンコータの回転数を大きくすると、ポリイミド樹脂層１１２は凹部１１０のような形状をより再現し段差は大きくなるが、膜厚が薄くなるため寄生容量低減の効果は小さくなってしまう。一方、粘性を大きくかつスピンコータの回転数を小さくすると塗布膜厚を厚くできるが、スピンコート後の表面は平坦に近いものとなる。樹脂層に選択する材料に応じて、凹部１１０の段差形状がポリイミド樹脂層１１２表面上に残り、必要な周波数応答特性を確保できる厚さを実現できる、適切な粘性やスピンコータの回転数などの動作条件を選択すればよい。
【００４６】
さらに、スピンコータ完了後も、ある程度時間を置くとポリイミド樹脂層１１２の凹凸はなくなり平坦になってしまう。そのため、スピンコート完了後は速やかに加熱・硬化するのが望ましい。なお、スピンコートの動作条件や加熱までの放置時間については、樹脂層に選択する材料の粘性などの特性により異なるため、適宜最適な条件を見出せばよい。
【００４７】
次に、凹部１１０となる領域を覆うレジストマスク１２１を形成し、ドライエッチングによりポリイミド樹脂層１１２を除去する（エッチバック：図３Ｄ参照）。エッチバックは、リッジ構造１０８の上面が現れるまで行われる。次に、レジストマスク１２１を除去し、新たに、凹部１１０の上部に形成されたポリイミド樹脂層１１２が覆われるようにレジストマスク１２２を形成し、リッジ構造１０８の両端のポリイミド樹脂層１１２をドライエッチングにより除去する（樹脂層形成工程：図３Ｅ参照）。その後、レジストマスク１２２を除去する。さらに、リッジ構造１０８の上表面のパッシベーション膜１０８を除去し、リッジ構造１０８の上表面のｐ＋型コンタクト層１０７へのスルーホールが形成される（図３Ｅ参照）。
【００４８】
さらに、電子ビーム（ＥＢ：Electron Beam）蒸着法により、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる厚さ１μｍ程度の多層膜（電極層）を形成する。多層膜は、イオンミリング法によりパターニングされ、ｐ側電極１１３が形成される。この時、電極パッド部１１３Ｃは、図３Ｆに示す通り、凹部１１０の縁にかかる様に形成される。ｎ型ＩｎＰのウエハの第２面には、研磨後、ｎ型電極１１６を形成する（電極形成工程：図３Ｆ参照）。ここで、ウエハ工程が終了する。
【００４９】
図４Ａは、当該実施形態に係る絶縁膜（端面コーティング膜）を形成する工程を示す図である。ウエハをリッジ構造１０８に直交する方向に劈開し、複数のバーを形成する。ここで、バー１２８の幅は、予め定められた所望のキャビティ長に設定され、例えば１５０μｍである。バー１２８の劈開端面に、絶縁膜（反射防止膜又は高反射膜）をスパッタ法により形成する。各バー１２８において、複数の半導体レーザ素子１００が一列に並んでいる。図４Ａに示す通り、隣り合うバー１２８の間にスペーサ１３０を挟むことにより、複数のバーの端面に、スパッタ法により、絶縁膜材料１２５を照射することにより、絶縁膜をまとめて形成する（端面絶縁膜形成工程）。ここで、出射端面に形成される絶縁膜は、出射端面コーティング膜１１７Ａであり、後方端面に形成される絶縁膜は、後方端面コーティング膜１１７Ｂである。
【００５０】
図４Ｂは、当該実施形態に係る絶縁膜を形成する工程の一例を示す図である。ここで、図４Ｂは、出射端面に形成する出射端面コーティング膜１１７Ａを形成する工程を示しているものとする。前述の通り、隣り合うバー１２８の間にスペーサ１３０が挟まれている。図４Ｂは、隣り合うスペーサ１３０により支持されるバー１２８に位置ずれが生じる場合を示している。図４Ｂに示す通り、隣り合うスペーサ１３０が平行に位置してバー１２８を支持せず、バー１２８とスペーサ１３０との間に空間が生じる場合であっても、電極パッド周辺部１１３Ｄが第１立ち上がり面１１４Ａを有することにより、絶縁膜材料１２５が、出射端面のみならず、電極パッド部１１３Ｃにも廻り込んで付着することを抑制することができる。この場合、絶縁膜材料１２５は、第１立ち上がり面１１４Ａ（及び第１平坦面１１５Ａ）により、電極パッド部１１３Ｃの表面に付着することを遮断される。そして、電極部とスペーサ１３０との隙間から入り込んだ絶縁膜材料１２５は第２立ち上がり面１１４Ｂに付着し、電極パッド部１１３Ｃにはほとんど付着しない。後方端面についても同様である。電極パッド部１１３Ｃへの絶縁膜材料の廻り込みを抑制することで、ワイヤボンディング工程においてワイヤボンディングの接着密度を低下させることなく、良好な接着強度が得られる。
【００５１】
図４Ｃは、当該実施形態の比較例に係る絶縁膜を形成する工程の一例を示す図である。比較例に係る半導体レーザ素子２００は、当該実施形態と異なり、リッジ構造の側方に配置されるバンク部上に電極パッド部が配置される。かかる場合、図４Ｃに示す通り、バー１２８とスペーサ１３０との間に空間が生じる場合、絶縁膜材料１２５が、出射端面のみならず、電極パッド部１１３Ｃにも廻り込んで付着してしまう。
【００５２】
その後、バーを各半導体レーザ素子１００（チップ）に劈開し、半導体レーザ素子１００が作製される。さらに、当該実施形態に係る半導体レーザ素子１００が光送信モジュール２３Ｂに搭載され、その際に、ｐ側電極１１３の電極パッド部１１３Ｃに、ワイヤ（図示せず）がワイヤボンディングにより接続され、光送信モジュール２３Ｂに搭載される駆動集積回路（ＩＣ：図示せず）と接続される。以上、当該実施形態に係る半導体レーザ素子１００の製造方法について説明した。
【００５３】
以上、本発明の実施形態に係る半導体光素子、光送信モジュール、及び光モジュール、並びに、それらの制御方法について説明した。本発明に係る光モジュール２が送受信する電気信号のビットレートは、例えば１００Ｇｂｉｔ／ｓである。光送信モジュール２３Ｂは、２５Ｇｂｉｔ／ｓの光を波長間隔２０ｎｍで４波長多重化して１００Ｇｂｉｔ／ｓで伝送するＣＷＤＭ（Coarse Wavelength Division Multiplexing）方式であってもよい。上記実施形態に係る半導体光素子は、１．３μｍ帯リッジ導波路型の直接変調型半導体レーザ素子としたが、これに限定されることなく、ＥＡ／ＤＦＢレーザ、ＣＷ光源、導波路型ＰＤ（Photo Diode）素子、マッハツェンダー型変調器にも適用可能である。また、これらの導波路構造と上記の変調器、半導体レーザ素子、ＰＤ素子などが組み合わさっていても良い。本発明は、本発明の効果を奏する半導体光素子に広く適用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１  光伝送装置、２  光モジュール、３，３Ａ，３Ｂ  光ファイバ、１１，２１  プリント回路基板、１２  ＩＣ，２２Ａ，２２Ｂ  フレキシブル基板、２３Ａ  光受信モジュール、２３Ｂ，１００，２００  半導体光素子、１０１  ｎ型ＩｎＰ基板、１０２  ｎ型バッファ層、１０３  ｎ型光ガイド層、１０４  活性層、１０５  ｐ型光ガイド層、１０６  ｐ型クラッド層、１０７  ｐ＋型コンタクト層、１０８  リッジ構造、１０９  バンク部、１１０  凹部、１１１  パッシベーション膜、１１２  ポリイミド樹脂層、１１３  ｐ側電極、１１３Ａ  電極リッジ部、１１３Ｂ  電極接続部、１１３Ｃ  電極パッド部、１１３Ｄ  電極パッド周辺部、１１４  立ち上がり面、１１４Ａ  第１立ち上がり面、１１４Ｂ  第２立ち上がり面、１１４Ｃ  第３立ち上がり面、１１４Ｄ  第４立ち上がり面、１１５  平坦面、１１５Ａ  第１平坦面、１１５Ｂ  第２平坦面、１１５Ｃ  第２平坦面、１１５Ｄ  第３平坦面、１１６  ｎ側電極、１１７Ａ  出射端面コーティング膜、１１７Ｂ  後方端面コーティング膜、１２０  酸化膜、１２１  レジストマスク、１２５  絶縁膜材料、１２８  バー、１３０  スペーサ。
【図１】
2018170308.tif 000003
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
2018170308.tif 000005
【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
2018170308.tif 000007
【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
2018170308.tif 000009
【図３Ｄ】
2018170308.tif 000010
【図３Ｅ】
2018170308.tif 000011
【図３Ｆ】
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【図４Ａ】
2018170308.tif 000013
【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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