(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の上方に、
熱伝導を抑制する低熱伝導領域と、
前記低熱伝導領域の上層における、前記低熱伝導領域の面方向に沿った配置領域より狭い領域に設けられた、導波路層を有するハイメサ導波路構造体と前記ハイメサ導波路構造体の裾の部分に設けられた加熱部と、を有し、
前記加熱部が設けられた裾の部分は、前記ハイメサ導波路構造体の前記導波路層より下方の層につながり、前記ハイメサ導波路構造体の底部の周辺に延伸した延伸部分からなり、
前記下方の層は、前記延伸部分と同じ材料からなるとともに、前記低熱伝導領域の上方に設けられ、
前記加熱部からの熱は、前記低熱伝導領域によって、前記半導体基板側に熱伝導することなく、前記下方の層を通じて前記導波路層を前記低熱伝導領域の側から加熱可能に構成されている
ことを特徴とする半導体光素子。
【請求項２】
前記加熱部は、前記ハイメサ導波路構造体の側部に設けら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】
前記加熱部は、前記ハイメサ導波路構造体を覆う領域に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体光素子。
【請求項４】
前記加熱部は、前記ハイメサ導波路構造体と離間して設けら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５】
前記加熱部が前記ハイメサ導波路構造体の裾の部分にのみ設けら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６】
前記低熱伝導領域が、前記半導体基板に対して略格子整合する少なくとも１層の半導体層が酸化された酸化層からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体光素子。
【請求項７】
前記半導体基板がＩｎＰ基板であるとともに、前記半導体層がＡｌ1-x-yＧａxＩｎyＡｓ1-zＰz層（０＜ｘ＋ｙ＜１、０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）であることを特徴とする請求項６に記載の半導体光素子。
【請求項８】
前記低熱伝導領域が空洞から構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信分野などに適用される半導体光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
コヒーレント光通信の普及に伴って、狭線幅の波長可変レーザ素子の需要が高まっている。波長可変レーザ素子の構成および動作原理は、たとえば非特許文献１において詳細に説明されている。一般に、半導体レーザ素子から出力されるレーザ光を狭線幅化するには、共振器を長くする必要がある。
【０００３】
波長可変レーザ素子の１つに標本化回折格子（Sampled  Grating）を用い、かつバーニア効果を利用した分布ブラッグ反射（ＤＢＲ）型波長可変レーザがある（たとえば特許文献１）。この波長可変レーザ素子においては、半導体素子内に回折格子の一部が標本化されたＤＢＲミラーを２つ用いる。この２つのＤＢＲミラーの反射スペクトルは、周期がわずかに異なる櫛状のピークを有する形状をしている。また、ＤＢＲミラーに電流注入または加熱により屈折率変化を起して、その反射波長特性を可変にできる。２つのＤＢＲミラーの反射ピークを重ね合わせることにより、この重ね合わせた波長で共振器を形成することができる。このとき、共振器長を適切に設計すれば、共振器モードである縦モードの間隔が２つのＤＢＲミラーによる反射ピークの帯域と同程度となり、１つの共振器モードだけが選択され、単一モード発振が実現される。
【０００４】
狭線幅のレーザ光を実現するための他の方法として、外部共振器構造を用いて共振長を長尺化して、共振器モードのＱ値を大きくする方法がある。また、たとえば、２つのリング共振器を用いて共振器を構成した波長可変レーザ素子（たとえば非特許文献２）においては、比較的鋭いリング共振器のフィルタ特性（反射波長特性）の重ね合わせを用いることによって、共振器の構成を自由に設計可能である。
【０００５】
上述した構成において、波長の選択方法としては、２つのＤＢＲミラーまたはリング共振器の屈折率を電流注入または加熱によって変化させることで実現している。さらに、加熱方式は特許文献２などに記載されているように、屈折率変化を生じさせたい領域の導波路上にマイクロヒータを設け、加熱の効率をさらに上げるために導波路のコア層下部に低熱伝導層を設けることによって、基板側への熱の流出を抑制している。熱伝導を抑制する低熱伝導層としては、混晶系の半導体層やアルミニウム（Ａｌ）を含む半導体層を酸化した酸化層などが用いられる。特に酸化層は、低熱伝導層としての効果が大きいとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６５９０９２４号
【特許文献２】特開２０１５−１２１７６号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Larry  A.  Coldren  et  al.,”Tunable  Semiconductor  Lasers:  A  Tutorial”,  JOURNAL  OF  LIGHTWAVE  TECHNOLOGY,  VOL.  22,  NO.  1,  JANUARY  2004,  pp.193-202
【非特許文献２】Keita  Nemoto  et  al.,”Narrow-Spectral-Linewidth  Wavelength-Tunable  Laser  Diode  with  Si  Wire  Waveguide  Ring  Resonators”,  Applied  Physics  Express  5  (2012)  082701
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、半導体光素子における一般的なハイメサ導波路構造においては、メサの幅が１．５〜２．０μｍと極めて細いため、マイクロヒータ用電極をハイメサ導波路構造体の上面に形成するのが困難になり、製造歩留りが悪化する可能性がある。また、マイクロヒータなどの加熱部を、ハイメサ導波路構造体の底面部分に配置した場合、マイクロヒータによって生じた熱は基板側に熱伝導する。そのため、ハイメサ導波路構造におけるコア層を効率的に加熱できずに消費電力が上昇する問題が生じる。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、加熱部を容易かつ安定して形成できるとともに、ハイメサ導波路構造体を効率良く加熱して、消費電力を低減できる半導体光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、上記目的を達成するために、本発明に係る半導体光素子は、半導体基板の上方に、熱伝導を抑制する低熱伝導領域と、低熱伝導領域の上層における、低熱伝導領域の面方向に沿った配置領域より狭い領域に設けられた、導波路層を有するハイメサ導波路構造体とハイメサ導波路構造体の裾の部分に設けられた加熱部と、を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の一態様に係る半導体光素子は、上記の発明において、加熱部は、ハイメサ導波路構造体の側部に設けられていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の一態様に係る半導体光素子は、上記の発明において、加熱部は、ハイメサ導波路構造体を覆う領域に設けられていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の一態様に係る半導体光素子は、上記の発明において、加熱部は、ハイメサ導波路構造体と離間して設けられていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の一態様に係る半導体光素子は、上記の発明において、加熱部がハイメサ導波路構造体の裾の部分にのみ設けられていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の一態様に係る半導体光素子は、上記の発明において、低熱伝導領域が、半導体基板に対して略格子整合する少なくとも１層の半導体層が酸化された酸化層からなることを特徴とする。本発明の一態様に係る半導体光素子は、この構成において、半導体基板がＩｎＰ基板であるとともに、半導体層がＡｌ1-x-yＧａxＩｎyＡｓ1-zＰz層（０＜ｘ＋ｙ＜１、０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）であることを特徴とする。
【００１６】
本発明の一態様に係る半導体光素子は、上記の発明において、低熱伝導領域が空洞から構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る半導体光素子によれば、加熱部を容易かつ安定して形成できるとともに、ハイメサ導波路構造体を効率良く加熱して、消費電力を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態による波長可変レーザ素子の模式的な斜視図である。
【図２】図２は、図１におけるリング状導波路のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施形態による半導体光素子におけるハイメサ導波路構造体の断面図である。
【図４】図４は、本発明の第３の実施形態による半導体光素子におけるハイメサ導波路構造体の断面図である。
【図５】図５は、本発明の第４の実施形態による半導体光素子におけるハイメサ導波路構造体の断面図である。
【図６】図６は、本発明の第５の実施形態による半導体光素子におけるハイメサ導波路構造体の断面図である。
【図７】図７は、本発明の第６の実施形態による半導体光素子におけるハイメサ導波路構造体の断面図である。
【図８】図８は、本発明の第７の実施形態による半導体光素子におけるハイメサ導波路構造体の断面図である。
【図９】図９は、本発明の第８の実施形態による半導体光素子におけるハイメサ導波路構造体の断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第９の実施形態による集積型半導体レーザ素子の全体構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態により本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要素には適宜同一の符号を付し、重複した説明を適宜省略する。さらに、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、以下の実施形態の説明に用いる「上」または「上方」並びに「下」または「下方」はそれぞれ、基板の主面に対して直角に遠ざかる向き並びに基板の主面に近づく向きを示し、半導体装置の実装状態における上下方向ではない点にも留意する必要がある。また、図中で適宜ｘｙｚ座標軸を示し、これにより方向を説明する。
【００２０】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態による半導体光素子としての波長可変レーザ素子について説明する。図１は、この第１の実施形態による波長可変レーザ素子の模式的な斜視図である。
【００２１】
図１に示すように、波長可変レーザ素子１は、１．５５μｍ帯でレーザ発振し、レーザ光Ｌ１を出力するように構成されている。波長可変レーザ素子１は、共通の基部Ｂ上に形成された、第１の導波路部１０と第２の導波路部２０とを備える。基部Ｂはたとえばｎ型ＩｎＰ基板からなる。なお、基部Ｂの裏面にはｎ側電極３０が形成されている。ｎ側電極３０は、たとえばＡｕＧｅＮｉを含んで構成され、基部Ｂとオーミック接触する。
【００２２】
第１の導波路部１０は、導波路部１１、半導体積層部１２、ｐ側電極１３、およびＴｉからなるマイクロヒータ１４，１５を備える。第１の導波路部１０は、いわゆるアクティブ素子であってアクティブ領域を構成する。導波路部１１は、半導体積層部１２内にｚ方向に延伸するように形成されている。第１の導波路部１０内には、回折格子装荷型利得部１１ａおよび位相調整部１１ｂが配置されている。半導体積層部１２は、半導体層が積層して構成されており、導波路部１１に対してクラッド部の機能等を備える。
【００２３】
ｐ側電極１３は、半導体積層部１２上において、回折格子装荷型利得部１１ａに沿うように配置されている。なお、半導体積層部１２にはＳｉＮx保護膜が形成されており、ｐ側電極１３はＳｉＮx保護膜に形成された開口部を介して半導体積層部１２に接触している。加熱部としてのマイクロヒータ１４は、半導体積層部１２のＳｉＮx保護膜上において、位相調整部１１ｂに沿うように配置されている。加熱部としてのマイクロヒータ１５は、半導体積層部１２のＳｉＮx保護膜上において、ｐ側電極１３に沿うように配置されている。
【００２４】
第２の導波路部２０は、２分岐部２１、２つのアーム部２２，２３、リング状導波路２４、およびＴｉからなるマイクロヒータ２５を備える。第２の導波路部２０は、いわゆるパッシブ素子であってパッシブ領域を構成する。２分岐部２１は、１×２型の多モード干渉型（ＭＭＩ）導波路２１ａを含む１×２型の分岐型導波路で構成され、２ポート側が２つのアーム部２２，２３のそれぞれに接続されるとともに１ポート側が第１の導波路部１０側に接続されている。２分岐部２１により、２つのアーム部２２，２３は、その一端が統合され、導波路部１１と光学的に結合される。
【００２５】
アーム部２２，２３は、いずれもｚ方向に延伸し、リング状導波路２４を挟むように配置されている。アーム部２２，２３はリング状導波路２４と近接し、いずれも同一の結合係数κでリング状導波路２４と光学的に結合している。κの値はたとえば０．２である。アーム部２２，２３とリング状導波路２４とは、リング共振型フィルタＲＦ１を構成している。また、リング共振型フィルタＲＦ１と２分岐部２１とは、反射ミラーＭ１を構成している。光導波路の加熱を行う加熱部としてのマイクロヒータ２５ａ，２５ｂはリング状である。リング状導波路２４の外周側にマイクロヒータ２５ａが配置され、内周側にマイクロヒータ２５ｂが配置されている。マイクロヒータ２５ａ，２５ｂは、リング状導波路２４を覆うように形成された保護膜としての誘電体層上に設けられている。
【００２６】
第１の導波路部１０と第２の導波路部２０は、互いに光学的に接続され、回折格子装荷型利得部１１ａの回折格子層１１ａｂと反射ミラーＭ１とによって、レーザ共振器Ｃ１を構成している。回折格子装荷型利得部１１ａの利得部としての活性コア層１１ａａと位相調整部１１ｂとはレーザ共振器Ｃ１内に配置される。
【００２７】
図２は、第２の導波路部２０のうちのリング状導波路２４を、図１のｙｚ平面に平行な面に沿って切断したＩＩ−ＩＩ線断面図である。図２に示すように、リング状導波路２４は、上層にたとえば５００ｎｍ程度のＩｎＰバッファ層（図示せず）が形成された基部Ｂを構成する半導体基板としてのｎ型ＩｎＰ基板４１上に、低熱伝導層４２ａ、下部クラッド層４３、導波路層としての光導波層４４、および上部クラッド層４５が順次積層されたハイメサ導波路構造を有する。ハイメサ導波路構造の幅は約２μｍである。
【００２８】
低熱伝導層４２ａは、半導体層としてのＡｌ1-x-yＧａxＩｎyＡｓ1-zＰz層（０＜ｘ＋ｙ＜１、０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）が側端部から酸化されて形成された、Ａｌ1-x-yＧａxＩｎyＡｓ1-zＰz酸化層からなる。具体的に低熱伝導層４２ａは、たとえば、ｘ＝ｚ＝０としたｎ型ＡｌＩｎＡｓ層４２が側端部から酸化されたＡｌＩｎＡｓ酸化層からなる。ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層４２の組成は、ｎ型ＩｎＰ基板４１と略格子整合する組成であって、第１の実施形態においては、ｎ型ＩｎＰ基板４１と格子整合する、たとえばＡｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓ層（ｘ＝０，ｙ＝０．５２、ｚ＝０）である。ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層４２の膜厚は、５０ｎｍ以上１５０ｎｍ未満、好適には１３０ｎｍ以下、この第１の実施形態においてはたとえば１００ｎｍである。
【００２９】
下部クラッド層４３は、膜厚がたとえば１５００ｎｍのｎ型ＩｎＰ層からなる。下部クラッド層４３の下部は、低熱伝導層４２ａおよび酸化されていないｎ型ＡｌＩｎＡｓ層４２上に延伸した延伸部分を有する。酸化されていないｎ型ＡｌＩｎＡｓ層４２上の延伸部分において、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層４２と上層の下部クラッド層４３とが連結されている。光導波層４４は、膜厚がたとえば３００ｎｍで、バンドギャップ波長がたとえば１３００ｎｍのＧａＩｎＡｓＰ層からなる。上部クラッド層４５は、膜厚がたとえば１５００ｎｍのｐ型ＩｎＰ層からなる。上部クラッド層４５は、導波路の損失を低減するために、導波路近傍のキャリア濃度を低減した構造やノンドープのＩｎＰ層を用いることも可能である。
【００３０】
ハイメサ導波路構造を構成する低熱伝導層４２ａ、下部クラッド層４３、光導波層４４、および上部クラッド層４５と、下部クラッド層４３の下部の延伸部分とは、保護膜としての誘電体層４６に覆われている。誘電体層４６は、たとえば窒化シリコン（ＳｉＮx）膜であるが、酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜やＳｉＯ2膜とＳｉＮx膜との積層膜から構成しても良い。
【００３１】
第２の導波路部２０のその他の構成要素である２分岐部２１およびアーム部２２，２３も上述と同様のハイメサ導波路構造を有し、誘電体層で覆われている。すなわち、第２の導波路部２０は、第１の導波路部１０の第１の導波路構造とは異なる第２の導波路構造を有する。
【００３２】
リング状導波路２４を構成するハイメサ導波路構造体の底部の周辺（以下、裾）の部分における誘電体層４６上には、マイクロヒータ２５が設けられている。ハイメサ導波路構造体の一方の裾の部分（外周側）にマイクロヒータ２５ａが配置され、他方の裾の部分（内周側）にマイクロヒータ２５ｂが配置されている。ハイメサ導波路構造体およびマイクロヒータ２５は、下層の低熱伝導層４２ａの面方向に沿った形成領域内、すなわち面方向に沿って低熱伝導層４２ａの配置領域の内側に設けられている。
【００３３】
ハイメサ導波路構造体の側面側におけるマイクロヒータ２５の外側部分に、樹脂層４８が設けられている。樹脂層４８の上面とマイクロヒータ２５の上面には、マイクロヒータ２５の上面において電気的に接続された引き出し配線４９が設けられている。引き出し配線４９は、たとえばＴｉ／Ａｕ層、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ層、Ｃｒ／Ａｕ層、またはＭｏ／Ａｕ層などからなる。引き出し配線４９は、外部からマイクロヒータ２５に通電を行うための配線である。なお、樹脂層４８の部分を空間にした状態で引き出し配線４９を設ける、いわゆるエアブリッジの構造としても良い。
【００３４】
引き出し配線４９を通じてマイクロヒータ２５に通電を行うことにより、マイクロヒータ２５の配置領域から下層の誘電体層４６および下部クラッド層４３を通じて熱伝導する。低熱伝導層４２ａは、少なくとも上部クラッド層４５、光導波層４４、および下部クラッド層４３の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する。これにより、低熱伝導層４２ａは、マイクロヒータ２５による加熱をさらに下層に伝達させないための断熱層として機能する。すなわち、マイクロヒータ２５の下層に低熱伝導層４２ａが設けられていることにより、マイクロヒータ２５が発した熱はｎ型ＩｎＰ基板４１側に熱伝導することなく、図２中矢印で示すように熱伝導して光導波層４４を加熱することができる。
【００３５】
次に、上述したハイメサ導波路構造体の製造方法について説明する。まず、上層にたとえば５００ｎｍ程度のｎ型ＩｎＰバッファ層（図示せず）が形成された基部Ｂを構成するｎ型ＩｎＰ基板４１上に、ＭＯＣＶＤ法によって、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層４２、下部クラッド層４３となるｎ型ＩｎＰ層、光導波層４４となるＧａＩｎＡｓＰ層、および上部クラッド層４５となるｐ型ＩｎＰ層を順次形成する。
【００３６】
次に、上部クラッド層４５となるｐ型ＩｎＰ層の上面にたとえばＳｉＮx膜を形成して、リング状や直線状のアームなどのハイメサ導波路構造の形状にパターニングする。続いて、このＳｉＮx膜をエッチングマスクとして、たとえば塩素系ガスを用いたドライエッチング法による異方性エッチングを行う。下部クラッド層４３の下部が残る状態でエッチングを行った後、エッチングマスクを除去する。続いて、ハイメサ導波路構造の積層部分と下部クラッド層４３の下部の延伸部分を含めた領域にエッチングマスクを形成した後、たとえば塩素系ガスを用いたドライエッチングを行う。これにより、酸化層を形成したい所望の領域の下部クラッド層４３の下部の残部、およびｎ型ＡｌＩｎＡｓ層４２がエッチングされて、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層４２の一端部が露出される。なお、下部クラッド層４３の下部の残部、およびｎ型ＡｌＩｎＡｓ層４２のエッチングは、ウェットエッチング法により行っても良い。
【００３７】
その後、側面が露出したｎ型ＡｌＩｎＡｓ層４２を含むハイメサ導波路構造の積層体に対して、水蒸気雰囲気下において４５０℃以上５２０℃以下の温度でアニールを行う。これにより、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層４２において、露出した端部からｎ型ＡｌＩｎＡｓ層４２の面方向に沿って酸化が進行する。この酸化は、ハイメサ導波路構造およびマイクロヒータ２５の配置領域の下部におけるｎ型ＡｌＩｎＡｓ層４２が酸化されるまで実行する。なお、酸化処理における酸化時間は、あらかじめＡｌＩｎＡｓ層の酸化実験を行って得られた酸化速度のデータと、ハイメサ導波路構造の幅の設計値などとに基づいて決定される。この第１の実施形態においては、低熱伝導層４２ａの設計幅がたとえば約６．０μｍであることから、酸化処理を６時間程度実行することによって、所望の領域まで酸化できる。これにより、ハイメサ導波路構造およびマイクロヒータ２５の配置領域の下部に、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層４２が均一に酸化されて、幅方向（面方向）に沿った均質なＡｌＩｎＡｓ酸化層からなる低熱伝導層４２ａが形成される。
【００３８】
次に、全面にたとえばＳｉＮx膜を形成することにより誘電体層４６を形成する。その後、ハイメサ導波路構造の裾の部分の誘電体層４６上に、たとえばリフトオフマスクを用いたリフトオフ法によって、Ｔｉ層などの金属層をマイクロヒータ２５ａ，２５ｂの形状に形成する。これにより、マイクロヒータ２５ａ，２５ｂが形成される。その後、マイクロヒータ２５の外側の部分に樹脂層４８を形成してパターニングを行う。続いて、マイクロヒータ２５上の少なくとも一部および樹脂層４８上にたとえばＴｉ／Ａｕ層、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ層、またはＣｒ／Ａｕ層を形成することによって、引き出し配線４９を形成する。以上により、下部に低熱伝導層４２ａが設けられているとともに、裾の部分にマイクロヒータ２５が設けられたハイメサ導波路構造体が製造される。
【００３９】
以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、ハイメサ導波路構造体の裾の部分にマイクロヒータ２５を配置しているとともに、マイクロヒータ２５の下層に低熱伝導層４２ａを設けている。これにより、マイクロヒータ２５によって発生した熱のｎ型ＩｎＰ基板４１側への流出を抑制できるので、光導波層４４を効率良く加熱することができ、波長可変レーザ素子などの半導体光素子における消費電力を低減することができる。さらに、２．０μｍ程度の幅のハイメサ導波路構造体の上層にマイクロヒータ２５を形成する必要がないため、マイクロヒータ２５の形成の容易性を向上できる。
【００４０】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態による半導体光素子におけるハイメサ導波路構造体について説明する。なお、第２の実施形態以降の説明および図面においては、発明の理解を容易にするために、ハイメサ導波路構造体における樹脂層、誘電体層および引き出し配線等の記載を省略した積層構造について説明する。
【００４１】
図３は、第２の実施形態によるハイメサ導波路構造体を示す断面図である。図３に示すように、第２の実施形態によるハイメサ導波路構造体６０においては、第１の実施形態と同様に、ｎ型ＩｎＰ基板４１上に、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層４２およびＡｌＩｎＡｓ酸化層からなる低熱伝導層４２ａ、下部クラッド層４３、光導波層４４、および上部クラッド層４５が順次積層されて設けられている。ハイメサ導波路構造体６０の両側の裾部にはそれぞれ、マイクロヒータ６１ａ，６１ｂが設けられている。マイクロヒータ６１ａ，６１ｂは、ハイメサ導波路構造体６０の側面の下部領域まで延伸した部分を有し、ハイメサ導波路構造体６０の側部側の一端部が、光導波層４４より低い位置になるように設けられている。
【００４２】
次に、第２の実施形態によるハイメサ導波路構造体の製造方法においては、まず、第１の実施形態と同様にしてハイメサ導波路構造体６０およびＴｉ層などの金属層を形成する。この際、第１の実施形態における金属層のリフトオフマスクとは異なる、ハイメサ導波路構造体６０の側面の一部が露出したパターンのリフトオフマスクを用いて、金属層を形成することにより、マイクロヒータ６１ａ，６１ｂが形成される。なお、リフトオフパターンのレジストの底部をサイドエッチング（オーバー現像）して、自公転式の蒸着装置による蒸着を行うことによっても、ハイメサ導波路構造体６０の側面の一部を覆う金属膜からなるマイクロヒータ６１ａ，６１ｂを形成することができる。その他の構成および製造方法については、第１の実施形態と同様である。
【００４３】
この第２の実施形態においては、マイクロヒータ６１が、ハイメサ導波路構造体６０の裾部のみならず、側面の下部にまで延伸されて光導波層４４の近傍に設けられている。これにより、第１の実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、マイクロヒータ６１から生じた熱が、図３中矢印で示すように熱伝導して、光導波層４４の加熱効率を向上させることができる。
【００４４】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態による半導体光素子におけるハイメサ導波路構造体について説明する。図４は、第３の実施形態によるハイメサ導波路構造体を示す断面図である。図４に示すように、第３の実施形態においては、第１の実施形態と同様に構成されたハイメサ導波路構造体７０において、一方の裾部にのみマイクロヒータ７１が設けられている点が第１の実施形態と異なる。なお、図４において、マイクロヒータ７１をハイメサ導波路構造体７０の左側に配置しているが、右側に配置しても良い。また、マイクロヒータ７１が発した熱は、図４中矢印で示すように熱伝導して、光導波層４４を加熱する。
【００４５】
第３の実施形態によるハイメサ導波路構造体の製造方法においては、まず、第１の実施形態と同様にしてハイメサ導波路構造体７０および金属層を形成する。この際、第１の実施形態における金属層のリフトオフマスクとは異なるハイメサ導波路構造体７０の一方の裾部のみが露出したパターンのリフトオフマスクを用いて、金属層を形成することにより、マイクロヒータ７１が形成される。その他の構成および製造方法については、第１の実施形態と同様である。
【００４６】
この第３の実施形態においては、マイクロヒータ７１をハイメサ導波路構造体の一方の側にのみ設けていることにより、さらに上層に形成される引き出し配線の本数を低減できる。
【００４７】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態による半導体光素子におけるハイメサ導波路構造体について説明する。図５は、第４の実施形態によるハイメサ導波路構造体を示す断面図である。図５に示すように、第４の実施形態においては、第２の実施形態と同様に構成されたハイメサ導波路構造体８０において、一方の裾部および側面にのみマイクロヒータ８１が設けられている点が第２の実施形態と異なる。なお、図５において、マイクロヒータ８１をハイメサ導波路構造体８０の左側に配置しているが、右側に配置しても良い。また、マイクロヒータ８１が発した熱は、図５中矢印で示すように熱伝導して、光導波層４４を加熱する。
【００４８】
第４の実施形態によるハイメサ導波路構造体の製造方法においては、第２の実施形態とは異なり、ハイメサ導波路構造体８０の一方の裾部および側面のみが露出したパターンのリフトオフマスクを用いて金属層を形成することによりマイクロヒータ８１が形成される。その他の構成および製造方法については、第２の実施形態と同様である。
【００４９】
この第４の実施形態においては、マイクロヒータ８１をハイメサ導波路構造体８０の一方の側面および裾部のみに設けていることにより、第２，第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５０】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態による半導体光素子におけるハイメサ導波路構造体について説明する。図６は、第５の実施形態によるハイメサ導波路構造体を示す断面図である。図６に示すように、第５の実施形態においては、第１の実施形態と同様の構成を有するハイメサ導波路構造体９０の両側の裾部にそれぞれ、マイクロヒータ９１ａ，９１ｂが設けられている。マイクロヒータ９１ａ，９１ｂはそれぞれ、ハイメサ導波路構造体９０の裾部において、ハイメサ導波路構造体９０の側面と離間して設けられている点が、第１の実施形態と異なる。また、マイクロヒータ９１が発した熱は、図６中矢印で示すように熱伝導して、光導波層４４を加熱する。
【００５１】
第５の実施形態によるハイメサ導波路構造体の製造方法においては、まず、第１の実施形態と同様にしてハイメサ導波路構造体９０およびＴｉ層などの金属層を形成する。この際、第１の実施形態における金属層のリフトオフマスクとは異なる、ハイメサ導波路構造体９０の側面から離間したパターンのリフトオフマスクを用いて、金属層を形成することにより、マイクロヒータ９１ａ，９１ｂが形成される。その他の構成および製造方法については、第１の実施形態と同様である。
【００５２】
この第５の実施形態においては、マイクロヒータ９１は、ハイメサ導波路構造体９０の側面に接していない。この構造は、光導波層４４への光閉じ込め度合や、下部クラッド層４３の厚さ（高さ）の設計によって、光導波層４４から染み出た光への影響を抑制するため、マイクロヒータ９１が光のフィールドにかからないようにする構造である。これにより、光導波層４４を伝搬する光がマイクロヒータ９１によって吸収されたり散乱を受けたりする可能性を低減できるので、導波路の低損失を維持しつつ光導波層４４の加熱を行うことが可能になる。
【００５３】
（第６の実施形態）
次に、本発明の第６の実施形態による半導体光素子におけるハイメサ導波路構造体について説明する。図７は、第６の実施形態によるハイメサ導波路構造体を示す断面図である。図７に示すように、第６の実施形態においては、第１の実施形態と同様の構成を有するハイメサ導波路構造体１００を覆うようにして、マイクロヒータ１０１が設けられている。すなわち、マイクロヒータ１０１は、低熱伝導層４２ａの面方向に沿った配置領域内において、ハイメサ導波路構造体１００の上面、側面、および底部の裾部に設けられている。
【００５４】
第６の実施形態によるハイメサ導波路構造体の製造方法においては、まず、第１の実施形態と同様にしてハイメサ導波路構造体１００およびＴｉ層などの金属層を形成する。この際、低熱伝導層４２ａの面方向に沿った配置領域内においてハイメサ導波路構造体１００が露出したパターンのリフトオフマスクを用いて金属層を形成することにより、マイクロヒータ１０１が形成される。なお、ハイメサ導波路構造体１００の側面においては、上面や底部の裾部に比して蒸着膜が薄く形成される場合があるため、自公転式の蒸着装置によって蒸着膜の均一性を向上させることが有効である。その他の構成および製造方法については、第１の実施形態と同様である。
【００５５】
この第６の実施形態においては、マイクロヒータ１０１が、光導波層４４を含むハイメサ導波路構造体１００を覆うように設けられていることにより、図７中矢印で示すように熱伝導が生じるため、光導波層４４の加熱効率を大幅に向上できる。なお、光導波層４４から染み出した光がマイクロヒータ１０１によって吸収されたり散乱を受けたりすることによって、光損失が上昇する可能性を考慮して、光導波層４４からの光の染み出しを考慮した設計が必要である。
【００５６】
（第７の実施形態）
次に、本発明の第７の実施形態による半導体光素子におけるハイメサ導波路構造体について説明する。図８は、第７の実施形態によるハイメサ導波路構造体を示す断面図である。図８に示すように、第７の実施形態においては、第１の実施形態と同様の構成を有するハイメサ導波路構造体１１０において、マイクロヒータ１１１ａ，１１１ｂが、低熱伝導層４２ａの面方向に沿った配置領域内で、ハイメサ導波路構造体１１０の側面および底部の裾部に設けられている。
【００５７】
第７の実施形態によるハイメサ導波路構造体の製造方法においては、まず、第１の実施形態と同様にしてハイメサ導波路構造体１１０およびＴｉ層などの金属層を形成する。この際、低熱伝導層４２ａの面方向に沿った配置領域内においてハイメサ導波路構造体１１０の側面および裾部が露出したパターンのリフトオフマスクを用いて金属層を形成することにより、マイクロヒータ１１１が形成される。その他の構成および製造方法については、第１の実施形態と同様である。
【００５８】
この第７の実施形態においては、マイクロヒータ１１１が、光導波層４４を含むハイメサ導波路構造体１１０の側面および裾部を覆うように設けられている。これにより、第６の実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、図８中矢印で示すように熱伝導が生じるため、光導波層４４の加熱効率を大幅に向上できる。
【００５９】
（第８の実施形態）
次に、本発明の第８の実施形態による半導体光素子におけるハイメサ導波路構造体について説明する。図９は、第８の実施形態によるハイメサ導波路構造体を示す断面図である。図９に示すように、第８の実施形態によるハイメサ導波路構造体１２０においては、第１の実施形態とは異なり、低熱伝導領域としての低熱伝導層４２ａが設けられておらず、空洞構造で空気によって満たされた低熱伝導空洞１２１が低熱伝導領域を構成している。この場合、ｎ型ＩｎＰ基板４１上にｎ型ＡｌＩｎＡｓ層４２によってハイメサ導波路構造体１２０が支持される。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。
【００６０】
この第８の実施形態によるハイメサ導波路構造体の製造方法においては、まず、第１の実施形態と同様にして、ｎ型ＩｎＰ基板４１上に、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層４２、下部クラッド層４３、光導波層４４、および上部クラッド層４５を順次積層させる。その後、ドライエッチング法により、下部クラッド層４３の途中まで異方性エッチングを行い、さらにドライエッチング法によって、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層４２の一端部を露出させる。続いて、フッ酸系のエッチング液を用いたウェットエッチング法により、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層４２を選択的にエッチングすることによって、低熱伝導空洞１２１が形成される。なお、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層４２の一端部を露出させて、第１の実施形態と同様にして酸化処理を行うことによりＡｌＩｎＡｓ酸化層を形成した後、フッ酸系のエッチング液を用いてＡｌＩｎＡｓ酸化層を選択的にエッチング除去することも可能である。また、低熱伝導空洞１２１の形成は、上層および下層のＩｎＰ層に対する選択エッチングを行うことから、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層４２の代わりに、ＧａＩｎＡｓ層、ＧａＩｎＡｓＰ層、ＡｌＧａＩｎＡｓ層などの、ＩｎＰ層に対してエッチング選択比が大きく、かつＩｎＰ基板４１上に形成可能な材料が使用可能である。
【００６１】
この第８の実施形態によれば、マイクロヒータ２５および低熱伝導空洞１２１を設けていることにより、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６２】
（第９の実施形態）
次に、本発明を適用可能な第９の実施形態による集積型半導体光素子について説明する。図１０は、第９の実施形態による集積型半導体光素子である波長可変レーザ素子を示す断面図である。
【００６３】
図１０に示すように、第９の実施形態による波長可変レーザ素子である集積型半導体レーザ素子２００においては、バックミラーとしてのＤＢＲ（Distributed  Bragg  Reflector）ミラーである第１サンプルドグレーティング導波路部２０１、位相調整導波路部２０２、利得導波路部２０３、フロントミラーとしてのＤＢＲミラーである第２サンプルドグレーティング導波路部２０４、および半導体光増幅器（ＳＯＡ：Semiconductor  Optical  Amplifier）２０５から構成されている。
【００６４】
集積型半導体レーザ素子２００において、パッシブ素子としての、第１サンプルドグレーティング導波路部２０１、位相調整導波路部２０２、および第２サンプルドグレーティング導波路部２０４により、パッシブ領域が構成される。第１サンプルドグレーティング導波路部２０１、位相調整導波路部２０２、および第２サンプルドグレーティング導波路部２０４は、ハイメサ構造を有する。また、アクティブ素子としての利得導波路部２０３およびＳＯＡ２０５により、アクティブ領域が構成される。利得導波路部２０３およびＳＯＡ２０５は、埋込構造を有する。
【００６５】
集積型半導体レーザ素子２００は、ｎ型ＩｎＰ基板２１０の主面上に、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層２２０、下部クラッド層２３０、コア層２４０、上部クラッド層２５０が順次積層されている。上部クラッド層２５０の上面には、アクティブ領域に選択的に、ＩｎＧａＡｓコンタクト層（図示せず）を介してｐ側電極２６１が設けられている。パッシブ領域においては、下部クラッド層２３０の部分に選択的にマイクロヒータ２６２が設けられている。マイクロヒータ２６２は、下層の低熱伝導層２２１の面内方向に沿った形成領域内において、低熱伝導層２２１の上層に配置されている。ｎ型ＩｎＰ基板２１０の裏面には、ｎ側電極２７０が設けられている。ｎ型ＩｎＰ基板２１０、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層２２０、下部クラッド層２３０、コア層２４０、および上部クラッド層２５０の積層体におけるレーザ光の出射端面には、無反射膜２８０が設けられている。ここで、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層２２０の膜厚は、第１の実施形態と同様にして決定され、たとえば１００ｎｍである。
【００６６】
パッシブ領域における位相調整導波路部２０２は、ｎ型ＩｎＰ基板２１０の主面上に、低熱伝導層２２１、下部クラッド層２３０、導波路コア層２４３、および上部クラッド層２５０が順次積層されて構成されている。マイクロヒータ２６２は、下層の低熱伝導層２２１の面内方向に沿った形成領域内において、低熱伝導層２２１の上層の下部クラッド層２３０の部分に選択的に設けられている。ｎ型ＩｎＰ基板２１０は、裏面にｎ側電極２７０が設けられている。低熱伝導層２２１は、酸化されたｎ型ＡｌＩｎＡｓ層からなる。下部クラッド層２３０はｎ型半導体層としてのｎ型ＩｎＰ層からなり、上部クラッド層２５０はｐ型半導体層としてのｐ型ＩｎＰ層からなる。酸化されていないｎ型ＡｌＩｎＡｓ層２２０と上層の下部クラッド層２３０との部分が連結されている。導波路コア層２４３は、バンドギャップ波長がたとえば１．３μｍに調整されたＧａＩｎＡｓＰ層からなる。
【００６７】
パッシブ領域の第１サンプルドグレーティング導波路部２０１および第２サンプルドグレーティング導波路部２０４は、ｎ型ＩｎＰ基板２１０の主面上に、低熱伝導層２２１、下部クラッド層２３０、グレーティング層２４２、および上部クラッド層２５０が順次積層されて構成されている。マイクロヒータ２６２は、下層の低熱伝導層２２１の面内方向に沿った形成領域内において、低熱伝導層２２１の上層の下部クラッド層２３０の部分に選択的に設けられている。裏面にｎ側電極２７０が設けられたｎ型ＩｎＰ基板２１０は、位相調整導波路部２０２と共有されている。下部クラッド層２３０および上部クラッド層２５０はＩｎＰ層からなる。グレーティング層２４２は、短周期のグレーティングが形成されたグレーティング領域が所定の周期で配置されたＧａＩｎＡｓＰ層からなる。
【００６８】
アクティブ領域における利得導波路部２０３およびＳＯＡ２０５は、ｎ型ＩｎＰ基板２１０の主面上に、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層２２０、下部クラッド層２３０、活性層２４１、上部クラッド層２５０、およびＧａＩｎＡｓコンタクト層（図示せず）を介したｐ側電極２６１が順次積層されて構成されている。ｎ型ＩｎＰ基板２１０、下部クラッド層２３０、および上部クラッド層２５０は、第１サンプルドグレーティング導波路部２０１、位相調整導波路部２０２、および第２サンプルドグレーティング導波路部２０４と共有されている。ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層２２０は低熱伝導層２２１の酸化されていない被酸化領域である。活性層２４１は、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有するＧａＩｎＡｓＰ層からなる。
【００６９】
集積型半導体レーザ素子２００においては、積層方向に沿ったマイクロヒータ２６２とｎ型ＩｎＰ基板２１０との間に、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層２２０が酸化された低熱伝導層２２１が設けられていることにより、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７０】
この第９の実施形態によれば、パッシブ領域において、低熱伝導層２２１の面内方向に沿った形成領域内で、低熱伝導層２２１の上層の部分に選択的にマイクロヒータ２６２が設けられていることにより、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７１】
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。たとえば、上述の実施形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いても良い。
【００７２】
また、上述した実施形態においては、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層４２，２２０を単一の組成のＡｌＩｎＡｓから構成しているが、必ずしも単一の組成でなくても良い。具体的には、Ａｌ1-x-yＧａxＩｎyＡｓ1-zＰz層とＡｌ1-p-qＧａpＩｎqＡｓ1-rＰr層（０＜ｘ＋ｙ＜１、０＜ｐ＋ｑ＜１、ｘ≠ｐ、ｙ≠ｑ、ｚ≠ｒ）とを交互に積層させた、いわゆる歪み補償の構造にしても良い。
【００７３】
また、上述した実施形態においては、低熱伝導層４２ａ，２２１を、１層のｎ型ＡｌＩｎＡｓ層を酸化したＡｌＩｎＡｓ酸化層から構成しているが、必ずしも１層に限定されるものではない。具体的に、被酸化層としてのＡｌＩｎＡｓ層を、ＩｎＰ層などの他の組成の半導体層によって挟んだ状態で複数層設けて低熱伝導層を構成することも可能である。また、低熱伝導層２２１の代わりに、空洞から構成した低熱伝導空洞とすることも可能であり、この場合においても、低熱伝導層２２１による効果と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００７４】
１  波長可変レーザ素子
１０  第１の導波路部
１１  導波路部
１１ａ  回折格子装荷型利得部
１１ａａ  活性コア層
１１ａｂ  回折格子層
１１ｂ  位相調整部
１２  半導体積層部
１３，２６１  ｐ側電極
１４，１５，２５，２５ａ，２５ｂ，６１，６１ａ，６１ｂ，７１，８１，９１，９１ａ，９１ｂ，１０１，１１１，１１１ａ，１１１ｂ，２６２  マイクロヒータ
２０  第２の導波路部
２１  分岐部
２１ａ  多モード干渉型導波路
２２，２３  アーム部
２４  リング状導波路
３０，２７０  ｎ側電極
４１，２１０  ｎ型ＩｎＰ基板
４２，２２０  ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層
４２ａ，２２１  低熱伝導層
４３，２３０  下部クラッド層
４４  光導波層
４５，２５０  上部クラッド層
４６  誘電体層
４８  樹脂層
４９  引き出し配線
６０，７０，８０，９０，１００，１１０，１２０  ハイメサ導波路構造体
１２１  低熱伝導空洞
２００  集積型半導体レーザ素子
２４０  コア層
２４１  活性層
２４２  グレーティング層
２４３  導波路コア層
【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】
0006667325.tif 000008
【図８】
0006667325.tif 000009
【図９】
0006667325.tif 000010
【図１０】
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