(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の上方に、
前記半導体基板に対して略格子整合する材料からなる第１半導体層、および前記第１半導体層と共通の同一面上に設けられた低熱伝導領域と、
前記第１半導体層および前記低熱伝導領域の上層に設けられ、前記第１半導体層と連結する第２半導体層と、
前記低熱伝導領域の上層に設けられた導波路層と、
前記導波路層の上層に設けられた加熱部と、を有し、
前記第１半導体層と前記第２半導体層とによって、前記半導体基板と連結する連結領域が構成され、
前記半導体基板と前記連結領域によって前記低熱伝導領域を断面コの字状に挟む補強構造を有し、
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、前記導波路層を有するハイメサ導波路構造体が設けられ、
前記低熱伝導領域は、前記ハイメサ導波路構造体の下部の側面において前記側面と面一になる部分を少なくとも１箇所有する
ことを特徴とする半導体光素子。
【請求項２】
前記低熱伝導領域の面方向に沿った配置領域と、前記加熱部の配置領域とが少なくとも一部重なっている
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１半導体層が、前記導波路層の導波方向に沿った少なくとも一部に設けられている
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】
前記ハイメサ導波路構造体がリング状導波路を含むとともに、前記半導体基板の面方向に沿った、前記ハイメサ導波路構造体の下方における前記第１半導体層が配置される配置位置が、前記リング状の中心に対してｎ回回転対称（ｎは２以上の整数）の位置にある
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体光素子。
【請求項５】
前記低熱伝導領域および前記第１半導体層の上層に、前記第１半導体層および前記第２半導体層と連結するとともに前記第２半導体層に対してエッチング選択性を有するエッチングストップ層が設けられている
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項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層の第１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、前記第１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１〜６のいずれか１項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。
【請求項９】
半導体基板の上方に、
前記半導体基板に対して略格子整合する材料からなる第１半導体層、および前記第１半導体層と共通の同一面上に設けられた低熱伝導領域と、
前記第１半導体層および前記低熱伝導領域の上層に設けられ、前記第１半導体層と連結する第２半導体層と、
前記低熱伝導領域の上層に設けられた導波路層と、
前記導波路層の上層に設けられた加熱部と、を有し、
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、前記導波路層を有するハイメサ導波路構造体が設けられ、
前記低熱伝導領域は、前記ハイメサ導波路構造体の下部の側面において前記側面と面一になる部分を少なくとも１箇所有する
ことを特徴とする半導体光素子。
【請求項１０】
半導体基板の上方に、
前記半導体基板に対して略格子整合する材料からなる第１半導体層と、
前記第１半導体層の上層に前記第１半導体層と連結する第２半導体層とを順次積層した後、
前記第１半導体層と前記第２半導体層とを連結させた状態で、前記第１半導体層の面方向に沿って前記第１半導体層の一部に対して低熱伝導化処理を行って低熱伝導領域を形成することで、前記低熱伝導化処理がされていない前記第１半導体層と前記第２半導体層とによって、前記半導体基板と連結する連結領域を形成し、前記半導体基板と前記連結領域によって前記低熱伝導領域を断面コの字状に挟む補強構造を形成し、
前記低熱伝導領域の上層に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を形成し、
前記低熱伝導領域が、前記ハイメサ導波路構造体の下部の側面において前記側面と面一になる部分を少なくとも１箇所有するように形成する
ことを特徴とする半導体光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記低熱伝導化処理が、前記第１半導体層の面方向に沿って前記第１半導体層の一部を酸化する酸化処理である
ことを特徴とする請求項１０に記載の半導体光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記低熱伝導化処理が、前記第１半導体層の一部を除去して前記第１半導体層に隣接する空洞を形成する空洞形成処理である
ことを特徴とする請求項１０に記載の半導体光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記第１半導体層の形成後、前記第２半導体層の形成前に、前記第１半導体層の上層に前記第２半導体層とエッチング選択性を有するエッチングストップ層を形成した後、前記第２半導体層をエッチングする
ことを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項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、光通信分野などに適用される半導体光素子、およびその製造方法に関する。
【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、本発明者が上述したＡｌを含む半導体層、具体的にはＡｌＩｎＡｓ層をＩｎＰ層で挟んだ構造でＡｌＩｎＡｓ層の側面を露出させたメサ構造体を形成した後、ＡｌＩｎＡｓ層を酸化する酸化実験を行ったところ、次のような問題を知見するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明者が行った酸化実験によって得られたサンプルの断面観察を行ったところ、本発明者は、ＡｌＩｎＡｓ層が酸化されたＡｌＩｎＡｓ酸化層とＩｎＰ層との界面において、ボイドが発生することを知見した。このＡｌＩｎＡｓ層とＩｎＰ層との界面におけるボイドの発生により、ＡｌＩｎＡｓ酸化層と上層との接合強度が低下したり部分的に剥離したりする可能性が生じる。
【００１０】
ハイメサ構造体などを有する半導体光素子において、低熱伝導領域としてＡｌＩｎＡｓ酸化層を用いた場合、ＡｌＩｎＡｓ酸化層のＩｎＰ層との界面の接合強度が低下すると、ＡｌＩｎＡｓ酸化層より上部のコア領域を含む部分において機械的強度が弱くなる。これによって、ＡｌＩｎＡｓ酸化層より上部の積層体が剥離する可能性が生じる。
【００１１】
また、半導体光素子を製造する際には、ハイメサ構造体などの半導体積層体に、誘電体層や樹脂層からなる保護層を形成したり上部にヒータを設置したりする必要がある。この場合、ハイメサ構造体には、保護層やヒータ自体により生じる応力、および保護層やヒータを形成するためのフォトリソグラフィ工程や熱処理工程などの製造工程に起因して生じる応力が作用する。そのため、半導体積層体の接合強度は、より低下しやすくなる。なお、これらの工程に起因した応力は、他の機能を有する素子を集積させた半導体光素子を製造する際に製造工程が増えることから、より影響を受けやすい。さらに、半導体光素子のモジュールへの実装時に生じる応力や、長期信頼性、熱衝撃、熱サイクル、低温放置、および高温放置などのその他の信頼性試験によって、剥離が生じる可能性もある。
【００１２】
なお、上述した問題は、低熱伝導層としてＡｌ1-x-yＧａxＩｎyＡｓ1-zＰz酸化層（０＜ｘ＋ｙ＜１、０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）を用いる場合においても同様である。また、低熱伝導領域として空気により満たされた空洞層を用いた場合も、低熱伝導領域とそれより上部のコア領域とを含む部分の機械的強度が弱くなるため、上述と同様の問題が生じる。
【００１３】
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、低熱伝導領域の上部に半導体積層体が設けられた構成を有する場合に、半導体積層体の接合強度の低下を抑制して機械的強度を向上でき、安定的に製造することができる半導体光素子およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
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、半導体基板に対して略格子整合する材料からなる第１半導体層、および第１半導体層と共通の同一面上に設けられた低熱伝導領域と、第１半導体層および低熱伝導領域の上層に設けられ、第１半導体層と連結する第２半導体層と、低熱伝導領域の上層に設けられた導波路層と、導波路層の上層に設けられた加熱部と、を有す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、低熱伝導領域の面方向に沿った配置領域と、加熱部の配置領域とが少なくとも一部重なってい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、第１半導体層が、導波路層の導波方向に沿った少なくとも一部に設けられていることを特徴とする。
【００１７】
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、低熱伝導領域の面方向に沿った配置領域より狭い領域に、導波路層を有するハイメサ導波路構造体が設けられていることを特徴とする。
【００１８】
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、低熱伝導領域は、ハイメサ導波路構造体の下部の側面において側面と面一になる部分を少なくとも１箇所有することを特徴とする。
【００１９】
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、ハイメサ導波路構造体がリング状導波路を含むとともに、半導体基板の面方向に沿った、ハイメサ導波路構造体の下方における第１半導体層が配置される配置位置が、リング状の中心に対してｎ回回転対称（ｎは２以上の整数）の位置にあることを特徴とする。
【００２０】
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、低熱伝導領域および第１半導体層の上層に、第１半導体層および第２半導体層と連結するとともに第２半導体層に対してエッチング選択性を有するエッチングストップ層が設けられていることを特徴とする。
【００２１】
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層の第１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。
【００２２】
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、半導体基板がＩｎＰ基板であるとともに、第１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。
【００２３】
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。
【００２４】
本発明に係る半導体光素子の製造方法は、半導体基板の上方に、半導体基板に対して略格子整合する材料からなる第１半導体層と、第１半導体層の上層に第１半導体層と連結する第２半導体層とを順次積層した後、第１半導体層と第２半導体層とを連結させた状態で第１半導体層の面方向に沿って第１半導体層の一部に対して低熱伝導化処理を行って低熱伝導領域を形成する工程を有することを特徴とする。これにより、処理工程の回数が多く、積層構造が複雑な集積型半導体光素子への対応が可能になり、集積型半導体光素子の製造が可能になって、製造した半導体光素子の長期信頼性も安定的に確保できる。
【００２５】
本発明の一態様に係る半導体光素子の製造方法は、上記の発明において、低熱伝導化処理が、第１半導体層の面方向に沿って第１半導体層の一部を酸化する酸化処理であることを特徴とする。
【００２６】
本発明の一態様に係る半導体光素子の製造方法は、上記の発明において、低熱伝導化処理が、第１半導体層の一部を除去して第１半導体層に隣接する空洞を形成する空洞形成処理であることを特徴とする。
【００２７】
本発明の一態様に係る半導体光素子の製造方法は、上記の発明において、第１半導体層の形成後、第２半導体層の形成前に、第１半導体層の上層に第２半導体層とエッチング選択性を有するエッチングストップ層を形成した後、第２半導体層を形成し、第２半導体層をエッチングすることを特徴とする。これにより、ハイメサ導波路構造体を形成する際に、製造時のメサ構造体の高さ、すなわちエッチング深さの面内分布を改善でき、さらに半導体基板間のばらつきが抑制できるので、半導体光素子の製造歩留りを向上できる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る半導体光素子およびその製造方法によれば、低熱伝導領域の上部に半導体積層体が設けられた構成を有する場合に、半導体積層体の接合強度の低下を抑制して機械的強度を向上でき、安定的に製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明の課題を説明するためのハイメサ導波路構造体の積層構造を示す断面図である。
【図２】図２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３】図３は、図２におけるリング状導波路のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図４】図４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５】図５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６】図６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７】図７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８】図８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９】図９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１０】図１０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１１】図１１は、本発明の第９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１２】図１２は、本発明の第１０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平面図および断面図である。
【図１３】図１３は、本発明の第１１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平面図および断面図である。
【図１４】図１４は、本発明の第１２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】
【００３０】
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。
【００３１】
まず、本発明の実施形態について説明するにあたり、本発明の理解を容易にするために、上述した課題を解決すべく本発明者が行った実験および鋭意検討について説明する。図１は、ＡｌＩｎＡｓ層に対する酸化実験を行う半導体積層体を示す断面図である。
【００３２】
本発明者は、まず、次のようにしてハイメサ導波路構造体４００を形成した。すなわち、図１に示すように、ＩｎＰ基板４０１上に、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Metal  Organic  Chemical  Vapor  Deposition）により、ＡｌＩｎＡｓ酸化層４０２となるＡｌＩｎＡｓ層、下部クラッド層４０３となるＩｎＰ層、光導波層４０４となるＧａＩｎＡｓＰ層、および上部クラッド層４０５となるＩｎＰ層を順次形成する。次に、上部クラッド層４０５となるＩｎＰ層の上面にたとえば窒化シリコン（ＳｉＮx）膜を形成して、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。これにより、ＡｌＩｎＡｓ酸化層４０２となるＡｌＩｎＡｓ層の一端部が露出される。
【００３３】
その後、側面が露出したＡｌＩｎＡｓ層を含む半導体積層体に対して、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。これによって、ＩｎＰ基板４０１上のＡｌＩｎＡｓ層において、露出した端部からＡｌＩｎＡｓ層の面方向に沿って酸化が進行し、ＡｌＩｎＡｓ酸化層４０２が均質に形成される。その後、ＳＥＭ（Scanning  Electron  Microscope）を用いて、ＩｎＰ基板４０１、ＡｌＩｎＡｓ酸化層４０２およびＩｎＰ層からなる下部クラッド層４０３の領域を断面観察により評価した。その結果、本発明者は、ＡｌＩｎＡｓ酸化層４０２とＩｎＰ基板４０１および下部クラッド層４０３との界面に、ボイド４０７が生じることを知見した。ボイド４０７の存在によって、ＡｌＩｎＡｓ酸化層４０２とＩｎＰ基板４０１および下部クラッド層４０３との界面の接合強度が低下する可能性がある。これにより、下部クラッド層４０３、光導波層４０４、および上部クラッド層４０５における機械的強度が低下し、剥離する可能性が生じる。
【００３４】
また、光導波層４０４を加熱するために、上部クラッド層４０５の上層にマイクロヒータ４０６を形成する必要がある。この場合、半導体積層体としてのハイメサ導波路構造体４００には、マイクロヒータ４０６を形成する際に発生する応力や金属層自体により生じる応力が作用し、ボイド４０７の部分で下部クラッド層４０３より上層が剥離しやすくなる。
【００３５】
本発明者の知見によれば、上述のボイドの発生は、ＡｌＩｎＡｓ酸化層のみならず、Ａｌ1-x-yＧａxＩｎyＡｓ1-zＰz層（０＜ｘ＋ｙ＜１、０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）を酸化したＡｌ1-x-yＧａxＩｎyＡｓ1-zＰz酸化層においても同様に発生する。
【００３６】
本発明者は、上述した実験により得た知見に基づき、上述の問題点を解決するために鋭意検討を行った。そして、本発明者は、ＡｌＩｎＡｓ酸化層４０２の上部のハイメサ導波路構造体４００の接合強度の低下を抑制して機械的強度を向上させるために、支持体となる下地と連結した連結領域を設けることを想起した。この支持体となる下地との連結領域は、酸化されていないＡｌＩｎＡｓ層と上層の半導体層とから構成するのが望ましい。さらに、連結領域は、ハイメサ導波路構造体の側面方向に沿った少なくとも一方の側に設けたり、光導波層の導波路方向に沿った一部に設けたりするのが好ましいことを想起した。なお、連結領域を酸化されていないＡｌＩｎＡｓ層から構成する場合、低熱伝導領域の寸法は、面方向に沿ってマイクロヒータの配置領域を覆うような領域とするために、寸法もより大きくするのが望ましい。これにより、マイクロヒータが発する熱が半導体基板側に流出することを抑制でき、所望の領域を効率良く加熱できる。以下に説明する実施形態は、以上の検討に基づいて案出されたものである。
【００３７】
（第１の実施形態）
次に、上述した本発明者による鋭意検討に基づいた第１の実施形態による波長可変レーザ素子について説明する。図２は、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。
【００３８】
図２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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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２５はリング状であり、リング状導波路２４を覆うように形成されたＳｉＮx保護膜上に配置されている。
【００４３】
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。
【００４４】
図３は、第２の導波路部２０のうちのリング状導波路２４を、図２のｙｚ平面に平行な面に沿って切断したＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図である。図３に示すように、リング状導波路２４は、基部Ｂを構成する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。
【００４５】
低熱伝導層４２ａは、被酸化層としての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。低熱伝導層４２ａは、パッシブ素子の全体または少なくとも一部の下層に設けられる。具体的に低熱伝導領域としての低熱伝導層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。これにより、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層４２と低熱伝導層４２ａとは、ｎ型ＩｎＰ基板４１の同一面上に同一層として設けられることになる。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たとえば、ｎ型ＩｎＰ基板４１と格子整合するＡｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓ層（ｘ＝１，ｙ＝０．５２，ｚ＝０）である。ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層４２の膜厚は、側面から酸化された場合の酸化速度が極大になる膜厚である最適膜厚の０．５倍以上１．５倍未満であり、好適には１．３倍以下である。この第１の実施形態において具体的に、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層４２の最適膜厚はたとえば１００ｎｍであり、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層４２の膜厚としては５０ｎｍ以上１５０ｎｍ未満、好適には１３０ｎｍ以下、ここでは１００ｎｍとする。
【００４６】
下部クラッド層４３はｎ型ＩｎＰ層からなり、下部クラッド層４３の下部は、酸化されていないｎ型ＡｌＩｎＡｓ層４２上にまで延伸した延伸部分４３ａを有する。これにより、少なくとも酸化されていないｎ型ＡｌＩｎＡｓ層４２上の延伸部分４３ａ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。すなわち、酸化されていないｎ型ＡｌＩｎＡｓ層４２と下部クラッド層４３とによって、連結領域が構成される。
【００４７】
光導波層４４は、バンドギャップ波長が１３００ｎｍのＧａＩｎＡｓＰ層からなる。上部クラッド層４５は、ｐ型ＩｎＰ層からなる。
【００４８】
ハイメサ導波路構造体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ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層４２上に延伸した延伸部分４３ａ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ＳｉＮx膜や酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜、またはＳｉＯ2膜とＳｉＮx膜との積層膜からなる。
【００４９】
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。
【００５０】
リング状導波路２４を構成するハイメサ導波路構造体の上方の誘電体層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側面側には、この側面をカバーする樹脂層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、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り、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の設置領域の下方を低熱伝導層４２ａの上層まで加熱できる。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。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。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。
【００５１】
（ハイメサ導波路構造体の製造方法）
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、たとえば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。
【００５２】
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、たとえばリング状または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。ここで、下部クラッド層４３は、光導波層４４より下方に１５００ｎｍ程度エッチングする。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４３ａ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、第１半導体層としてのｎ型ＡｌＩｎＡｓ層４２の一端部がハイメサ導波路構造体の下部の側面に面一状態で露出される。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。
【００５３】
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。これによって、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の下部の領域における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、上述した最適膜厚を導出するために行う酸化実験から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。たとえばＡｌＩｎＡｓ酸化層の幅が約２．２μｍの場合、酸化時間はたとえば１２０分程度である。これにより、ハイメサ導波路構造の下部に、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層４２が均一に酸化されて、幅方向に沿って均質なＡｌＩｎＡｓ酸化層からなる低熱伝導層４２ａが形成されるとともに、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層４２において、ハイメサ導波路構造の下部以外の部分において、酸化されていない領域が残される。酸化されていない領域は、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層４２と下部クラッド層４３とが強固に連結した連結領域を構成する。
【００５４】
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上方で誘電体層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２５の形状に形成する。また、ハイメサ導波路構造の側部に樹脂を埋め込んで樹脂層４８を形成した後、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、Ｃｒ／Ａｕ層、またはＭｏ／Ａｕ層を形成することにより、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上部にマイクロヒータ２５が設けられたハイメサ導波路構造が製造される。
【００５５】
以上説明した第１の実施形態によれば、酸化されていないｎ型ＡｌＩｎＡｓ層４２と下部クラッド層４３とによって、連結領域が形成されることにより、連結領域が、支持体となるｎ型ＩｎＰ基板４１と連結することになる。そのため、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層４２と下部クラッド層４３とを補強する構造をなすことによって、低熱伝導層４２ａと、ｎ型ＩｎＰ基板４１の上部の層（ｎ型ＩｎＰバッファ層：図示せず）および下部クラッド層４３との間にボイドが発生しても、下部クラッド層４３より上層のハイメサ導波路構造体の接合強度の低下を抑制でき、機械的強度を向上できる。従って、ハイメサ導波路構造体の下方に、低熱伝導層が設けられている場合であっても、ハイメサ導波路構造体の機械的強度を向上できて剥離が抑制され、ハイメサ導波路構造体を安定して製造できる。
【００５６】
（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。
【００５７】
図４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４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６１およびＡｌＩｎＡｓ酸化層からなる低熱伝導層６１ａ、下部クラッド層６２、光導波層４４、上部クラッド層４５、およびマイクロヒータ２５が順次形成されて設けられている。また、下部クラッド層６２の下部には、ハイメサ導波路構造体６０の幅方向に沿った両側に、ｎ型ＩｎＰ基板４１の面方向に沿って延伸した、延伸部分６２ａが設けられている。低熱伝導層６１ａは、下部クラッド層６２の下部の延伸部分６２ａの下層において、ハイメサ導波路構造体６０の一方の側面側における露出側の一端部から、ハイメサ導波路構造体６０の他方の側面下部までの領域に設けられている。ハイメサ導波路構造体６０の他方の側面下部から低熱伝導層６１ａのさらに外側に、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層６１が設けられている。ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層６１と下部クラッド層６２の延伸部分６２ａとによって、連結領域が構成されている。この連結領域において、下地となるｎ型ＩｎＰ基板４１にハイメサ導波路構造体６０が保持されている。
【００５８】
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、ｎ型ＩｎＰバッファ層が上層に設けられた基部Ｂを構成するｎ型ＩｎＰ基板４１上に、たとえばＭＯＣＶＤ法によって、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層６１、下部クラッド層６２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。
【００５９】
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６２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６２の下部の延伸部分６２ａ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６２の下部の残部、およびｎ型ＡｌＩｎＡｓ層６１がエッチングされて、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層６１の一端部がハイメサ導波路構造体６０の側面に面一状態で露出される。なお、下部クラッド層６２の下部の残部、およびｎ型ＡｌＩｎＡｓ層６１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。
【００６０】
その後、側面が露出したｎ型ＡｌＩｎＡｓ層６１を含むハイメサ導波路構造体６０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。これによって、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層６１において、露出した端部からｎ型ＡｌＩｎＡｓ層６１の面方向に沿って酸化が進行する。ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層６１の酸化は、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層６１の露出端部とは反対側のハイメサ導波路構造体６０の他方の側面の下方の位置まで酸化が進行するまで実行する。これにより、ハイメサ導波路構造の下部において、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層６１が均一に酸化されて、幅方向に沿って均質なＡｌＩｎＡｓ酸化層からなる低熱伝導層６１ａが形成される。
【００６１】
この第２の実施形態によれば、酸化が進行していないｎ型ＡｌＩｎＡｓ層６１と下部クラッド層６２の延伸部分６２ａとによって、連結領域が構成さ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。
【００６２】
（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５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５に示すように、第３の実施形態によるハイメサ導波路構造体７０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７１およびＡｌＩｎＡｓ酸化層からなる低熱伝導層７１ａ、下部に延伸部分７２ａを有する下部クラッド層７２、光導波層４４、上部クラッド層４５、およびマイクロヒータ２５が順次形成されて設けられている。低熱伝導層７１ａは、下部クラッド層７２の下部の延伸部分７２ａの下層において、ハイメサ導波路構造体７０の一方の側面側における露出側の一端部から、ハイメサ導波路構造体７０の他方の側面下部よりさらに外側まで拡大した領域に設けられている。ハイメサ導波路構造体７０の他方の側面下部よりさらに外側に拡大した低熱伝導層７１ａの形成領域のさらに外側に、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層７１が設けられている。ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層７１と下部クラッド層７２の延伸部分７２ａとによって、連結領域が構成されている。この連結領域において、下地となるｎ型ＩｎＰ基板４１にハイメサ導波路構造体７０が保持されている。その他の構成は第２の実施形態と同様である。
【００６３】
次に、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、第２の実施形態と異なり、側面の一端部が露出したｎ型ＡｌＩｎＡｓ層７１に対して、露出した端部から酸化を行う。ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層７１の酸化は、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層７１の露出端部とは反対側のハイメサ導波路構造体７０の他方の側面の下方よりさらに外側に拡大した位置にまで酸化が進行するまで実行する。これにより、ハイメサ導波路構造体７０の下部において、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層７１が均一に酸化されて、幅方向に沿ってハイメサ導波路構造体７０よりも広い領域に、均質なＡｌＩｎＡｓ酸化層からなる低熱伝導層７１ａが形成される。その他の製造方法については、第２の実施形態と同様である。
【００６４】
この第３の実施形態によれば、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層７１と下部クラッド層７２の延伸部分７２ａとによって、連結領域が構成されて、下地となるｎ型ＩｎＰ基板４１にハイメサ導波路構造体７０が保持されていることにより、第１および第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６５】
（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６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６に示すように、第４の実施形態によるハイメサ導波路構造体８０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８１およびＡｌＩｎＡｓ酸化層からなる低熱伝導層８１ａ、下部に延伸部分８２ａを有する下部クラッド層８２、光導波層４４、上部クラッド層４５、およびマイクロヒータ２５が順次形成されて設けられている。また、第２の実施形態と同様に、低熱伝導層８１ａは、下部に延伸部分８２ａを有する下部クラッド層８２の下層で、ハイメサ導波路構造体８０の直下に設けられている。すなわち、低熱伝導層８１ａは、ハイメサ導波路構造体８０の一方の側面側における露出側端部から、ハイメサ導波路構造体８０の他方の側面下部までの領域に設けられている。また、第１，第２および第３の実施形態と異なり、ｎ型ＩｎＰ基板４１の主面に、低熱伝導層８１ａの少なくとも１箇所の露出端部と面一状態の凹部４１ａが形成されている。ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層８１と下部クラッド層８２の延伸部分８２ａとによって、連結領域が構成され、下地となるｎ型ＩｎＰ基板４１にハイメサ導波路構造体８０が保持されている。その他の構成は、第１，第２および第３の実施形態と同様である。
【００６６】
次に、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の実施形態と同様にして、上部にｎ型ＩｎＰバッファ層（図示せず）が形成されたｎ型ＩｎＰ基板４１上に、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層８１、下部クラッド層８２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。その後、ｐ型ＩｎＰ層の上面にハイメサ導波路構造の形状にパターニングされたＳｉＮx膜からなるエッチングマスクを形成して、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８２の下部が残る状態に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、第２の実施形態と異なり、ハイメサ導波路構造体８０の積層部分と下部クラッド層８２の下部の延伸部分８２ａとを含めた領域を覆うエッチングマスクを用いて、ｎ型ＩｎＰ基板４１の上部、具体的にはｎ型ＩｎＰバッファ層（図示せず）に凹部４１ａが形成されるまでドライエッチングを行う。これにより、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層８１の一端部が、凹部４１ａの内側面と面一状態で露出される。その後、側面が露出したｎ型ＡｌＩｎＡｓ層８１の露出端部からｎ型ＡｌＩｎＡｓ層８１の面方向に沿って酸化処理を行い、幅方向に沿って均質なＡｌＩｎＡｓ酸化層からなる低熱伝導層８１ａを形成する。その他の製造方法は、第２の実施形態と同様である。
【００６７】
この第４の実施形態によれば、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層８１と下部クラッド層８２の延伸部分８２ａとによって連結領域が構成されて、下地となるｎ型ＩｎＰ基板４１にハイメサ導波路構造体８０が保持されるので、第１〜第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６８】
（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７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７に示すように、第５の実施形態によるハイメサ導波路構造体９０においては、ｎ型ＩｎＰ基板４１上に、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層９１およびＡｌＩｎＡｓ酸化層からなる低熱伝導層９１ａ、下部に延伸部分９２ａ，９２ｂを有する下部クラッド層９２、光導波層４４、上部クラッド層４５、およびマイクロヒータ２５が順次形成されて設けられている。
【００６９】
下部クラッド層９２の延伸部分の少なくとも一方の側である延伸部分９２ｂには、ｎ型ＩｎＰ基板４１の表面が露出したエッチング溝９３が形成されている。低熱伝導層９１ａは、下部クラッド層９２の延伸部分９２ｂの下層において、エッチング溝９３の内壁面である露出端部から、ハイメサ導波路構造体９０の下方において、幅方向に沿ってハイメサ導波路構造体９０の幅よりも広い領域に設けられている。すなわち、低熱伝導層９１ａは、幅方向に沿って、延伸部分９２ａの下層で、ハイメサ導波路構造体９０においてエッチング溝９３が形成された側とは反対側の側面下部よりさらに外側に拡大した領域に設けられている。低熱伝導層９１ａの形成領域のさらに外側に、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層９１が設けられている。ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層９１と下部クラッド層９２の延伸部分９２ａとによって、連結領域が構成されている。この連結領域において、下地となるｎ型ＩｎＰ基板４１にハイメサ導波路構造体９０が保持されている。その他の構成は第３の実施形態と同様である。
【００７０】
次に、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、第３の実施形態と異なり、たとえばドライエッチング法によって、下部クラッド層９２の下部における少なくとも一方の延伸部分９２ｂにおいて、ｎ型ＩｎＰ基板４１の表面が露出するまで、下部クラッド層９２およびｎ型ＡｌＩｎＡｓ層９１をエッチング除去することにより、エッチング溝９３を形成する。その後、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層９１に対して、エッチング溝９３の内壁面において露出した端部から酸化を行う。ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層９１の酸化は、ハイメサ導波路構造体９０のエッチング溝９３とは反対側の側面の下方よりさらに外側に拡大した位置にまで酸化が進行するまで実行する。これにより、ハイメサ導波路構造体９０の下部において、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層９１が均一に酸化されて、幅方向に沿ってハイメサ導波路構造体９０よりも広い領域に、均質なＡｌＩｎＡｓ酸化層からなる低熱伝導層９１ａが形成される。その他の製造方法については、第３の実施形態と同様である。
【００７１】
この第５の実施形態によれば、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層９１と下部クラッド層９２の延伸部分９２ａとによって、連結領域が構成されて、下地となるｎ型ＩｎＰ基板４１にハイメサ導波路構造体９０が保持されていることにより、第１〜第４の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７２】
（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８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８に示すように、第６の実施形態によるハイメサ導波路構造体１００においては、ｎ型ＩｎＰ基板４１上に、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層１０１およびＡｌＩｎＡｓ酸化層からなる低熱伝導層１０１ａ、下部に延伸部分１０２ａ，１０２ｂを有する下部クラッド層１０２、光導波層４４、上部クラッド層４５、およびマイクロヒータ２５が順次形成されて設けられている。
【００７３】
下部クラッド層１０２の少なくとも一方の側である延伸部分１０２ｂには、低熱伝導層１０１ａが露出したエッチング溝１０３が形成されている。低熱伝導層１０１ａは、下部クラッド層１０２の延伸部分１０２ａの下層において、エッチング溝１０３における露出部分から、ハイメサ導波路構造体１００の下方において、幅方向に沿ってハイメサ導波路構造体１００の幅よりも広い領域に設けられている。すなわち、低熱伝導層１０１ａは、幅方向に沿って、延伸部分１０２ａの下層で、ハイメサ導波路構造体１００においてエッチング溝１０３が形成された側とは反対側の側面下部よりさらに外側に拡大した領域に設けられている。低熱伝導層１０１ａの形成領域のさらに外側に、酸化されていないｎ型ＡｌＩｎＡｓ層１０１が設けられている。ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層１０１と下部クラッド層１０２の延伸部分１０２ａとによって、連結領域が構成されている。この連結領域において、下地となるｎ型ＩｎＰ基板４１にハイメサ導波路構造体１００が保持されている。その他の構成は第５の実施形態と同様である。
【００７４】
次に、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、第５の実施形態と異なり、下部クラッド層１０２の下部の延伸部分１０２ｂにおいて、たとえばチャネル形状としたエッチングマスクを用いてドライエッチングを行う。これにより、下部クラッド層１０２およびｎ型ＡｌＩｎＡｓ層１０１の一部がエッチング除去されて、エッチング溝１０３が形成される。その後、エッチング溝１０３の内壁面において露出したｎ型ＡｌＩｎＡｓ層１０１に対して、露出した端部から酸化を行う。ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層１０１の酸化は、ハイメサ導波路構造体１００のエッチング溝１０３とは反対側の側面の下方よりさらに外側に拡大した位置にまで酸化が進行するまで実行する。これにより、ハイメサ導波路構造体１００の下部において、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層１０１が均一に酸化されて、幅方向に沿ってハイメサ導波路構造体１００よりも広い領域に、均質なＡｌＩｎＡｓ酸化層からなる低熱伝導層１０１ａが形成される。その他の製造方法については、第５の実施形態と同様である。
【００７５】
この第６の実施形態によれば、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層１０１と下部クラッド層１０２の延伸部分１０２ａとによって、連結領域が構成されて、下地となるｎ型ＩｎＰ基板４１にハイメサ導波路構造体１００が保持されていることにより、第１〜第５の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７６】
（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ついて説明する。図９に示すように、第７の実施形態によるハイメサ導波路構造体１１０においては、上部にｎ型ＩｎＰバッファ層（図示せず）が設けられたｎ型ＩｎＰ基板４１上に、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層１１１および第１低熱伝導層１１１ａと、ｎ型ＩｎＰ層１１２と、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層１１３および第２低熱伝導層１１３ａが順次形成されている。第１低熱伝導層１１１ａは、ＡｌＩｎＡｓ酸化層からなり、ｎ型ＩｎＰ基板４１、ｎ型ＩｎＰ層１１２に挟まれた構成を有する。第２低熱伝導層１１３ａ上には、第１の実施形態と同様に、下部クラッド層４３、光導波層４４、上部クラッド層４５およびマイクロヒータ２５が順次形成されて設けられている。
【００７７】
第２低熱伝導層１１３ａは、ＡｌＩｎＡｓ酸化層からなり、第２半導体層としてのｎ型ＩｎＰ層１１２およびｎ型ＩｎＰ層からなる下部クラッド層４３に挟まれた構成を有する。第１低熱伝導層１１１ａ、ｎ型ＩｎＰ層１１２、および第２低熱伝導層１１３ａにより、実質的に、第１低熱伝導層１１１ａおよび第２低熱伝導層１１３ａの合計の膜厚分の低熱伝導層が構成される。また、酸化されていないｎ型ＡｌＩｎＡｓ層１１１，１１３、ｎ型ＩｎＰ層１１２、および下部クラッド層４３の延伸部分４３ａによって、連結領域が構成されている。この連結領域において、下地となるｎ型ＩｎＰ基板４１にハイメサ導波路構造体１１０が保持されている。その他の構成は第１の実施形態と同様である。
【００７８】
次に、図９に示すハイメサ導波路構造体１１０の製造方法について説明する。すなわち、上層にｎ型ＩｎＰバッファ層（図示せず）が設けられたｎ型ＩｎＰ基板４１上に、たとえばＭＯＣＶＤ法により、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層１１１、ｎ型ＩｎＰ層１１２およびｎ型ＡｌＩｎＡｓ層１１３を順次形成する。その後、同様にＭＯＣＶＤ法により、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層１１３上に、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。
【００７９】
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膜を形成してハイメサ導波路構造体１１０の形状にパターニングする。続いて、ＳｉＮx膜をマスクとして、たとえば塩素系ガスを用いたドライエッチング法により、下部クラッド層４３の下部が残る状態まで異方性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体１１０の積層部分と下部クラッド層４３の下部の延伸部分４３ａとを含めた領域にエッチングマスクを形成する。その後、たとえば塩素系ガスを用いたドライエッチング法により、ｎ型ＩｎＰ基板４１の上面が露出するまで、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層１１３、ｎ型ＩｎＰ層１１２およびｎ型ＡｌＩｎＡｓ層１１１を順次エッチングする。これにより、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層１１１，１１３の側部の面を露出させる。
【００８０】
その後、第１の実施形態と同様にして、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層１１１，１１３の露出した端部の面から酸化を行うことにより、均質なＡｌＩｎＡｓ酸化層が形成される。ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層１１１，１１３の酸化は、ハイメサ導波路構造体１１０におけるｎ型ＡｌＩｎＡｓ層１１１，１１３の露出面とは反対側の側面の下方よりさらに外側に拡大した位置にまで酸化が進行するまで実行する。ハイメサ導波路構造体１１０の下部における、幅方向に沿ってハイメサ導波路構造体１１０よりも広い領域に、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層１１１，１１３が均一に酸化される。これにより、均質なＡｌＩｎＡｓ酸化層からなる第１低熱伝導層１１１ａおよび第２低熱伝導層１１３ａが形成される。ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層１１１，１１３に対する酸化条件や、下部クラッド層４３、光導波層４４、上部クラッド層４５、およびマイクロヒータ２５の製造方法については、第１の実施形態と同様である。
【００８１】
この第７の実施形態においては、被酸化層としてのＡｌＩｎＡｓ層を、ＩｎＰ層によって挟んだ状態に複数層、具体的には２層設けている。これにより、ｎ型ＩｎＰ層１１２、第１低熱伝導層１１１ａおよび第２低熱伝導層１１３ａを低熱伝導層として機能させることができる。すなわち、低熱伝導層は、Ａｌ1-x-yＧａxＩｎyＡｓ1-zＰz層を少なくとも１層有して構成すれば良い。そのため、ＡｌＩｎＡｓ層のように、酸化する際に許容される膜厚に制限がある場合であっても、膜厚が大きい低熱伝導層と同様の機能が得られる。さらに、低熱伝導層として所望される断熱効率を確保するために、３層以上の所定層数のＡｌＩｎＡｓ酸化層をそれぞれ、ＩｎＰ層などの他の半導体層を介して設けて低熱伝導層を構成することも可能である。
【００８２】
なお、第７の実施形態においては、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層１１１，１１３を挟む他の半導体層をｎ型ＩｎＰ基板４１、ｎ型ＩｎＰ層１１２、およびｎ型ＩｎＰ層からなる下部クラッド層４３としているが、他の半導体層としてｎ型ＩｎＰ層以外の半導体層を用いることも可能である。他の半導体層としては、ｎ型ＩｎＰ基板４１に略格子整合するとともに、ＡｌＩｎＡｓ層の酸化速度に対して酸化速度の選択比が可能な限り大きく、かつ光導波層４４を透過する光の波長に対して透明なバンドギャップを有する材料から構成するのが望ましい。具体的に、他の半導体層は、たとえば、ＧａＩｎＡｓＰ層、ＧａＩｎＡｓ層、ＡｌＧａＩｎＡｓ層、またはＡｌＧａＩｎＡｓＰ層、または、これらの多層膜を用いることが可能である。
【００８３】
この第７の実施形態によれば、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層１１１，１１３、ｎ型ＩｎＰ層１１２および下部クラッド層４３の延伸部分４３ａによって、連結領域が構成されて、下地となるｎ型ＩｎＰ基板４１にハイメサ導波路構造体１１０が保持されていることにより、第１〜第６の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８４】
（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。ここで、本発明者が鋭意検討を行った問題点について説明する。すなわち、ハイメサ導波路構造体を形成する場合、一般的には、波長１．５５μｍ帯の光導波路のコア層の膜厚は数１００ｎｍ（たとえば３００ｎｍ）、光導波路を挟む上部クラッド層および下部クラッド層の膜厚はそれぞれ１５００ｎｍ程度に設計される。この場合、ハイメサ導波路構造体の合計の高さは、３．０μｍ以上になる可能性がある。すなわち、ハイメサ導波路構造体の形成においては、３．０μｍ以上のエッチング深さが必要になるため、エッチング深さを精密に制御する必要がある。エッチング深さが精密に制御できない場合、半導体基板内のメサ構造体の高さ、すなわちエッチング深さに面内分布が発生したり半導体基板間でばらつきが生じたりするため、半導体光素子の製造歩留りの低下が問題となる。以下に説明する第８の実施形態は、上述した問題を解決するためのものである。
【００８５】
図１０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１０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、ｎ型ＩｎＰ基板４１上に、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層１２１およびＡｌＩｎＡｓ酸化層からなる低熱伝導層１２１ａ、ＧａＩｎＡｓＰ層からなるエッチングストップ層１２２が積層されている。エッチングストップ層１２２上には、下部クラッド層１２３、光導波層４４、上部クラッド層４５、およびマイクロヒータ２５が順次形成されて設けられている。
【００８６】
低熱伝導層１２１ａおよびエッチングストップ層１２２の部分には、ｎ型ＩｎＰ基板４１の表面が露出したエッチング溝１２２ａが形成されている。低熱伝導層１２１ａは、エッチングストップ層１２２の下層において、エッチング溝１２２ａの内壁面である露出端部から、ハイメサ導波路構造体１２０の他方の側面下部までの領域に設けられている。すなわち、低熱伝導層１２１ａは、ハイメサ導波路構造体１２０においてエッチング溝１２２ａが形成された一方の側における露出側端部から、反対側の他方の側面下部までの領域に設けられている。低熱伝導層１２１ａの形成領域のさらに外側に、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層１２１が設けられている。ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層１２１とエッチングストップ層１２２とによって、連結領域が構成されている。この連結領域において、下地となるｎ型ＩｎＰ基板４１にハイメサ導波路構造体１２０が保持されている。その他の構成は、第３および第５の実施形態と同様である。
【００８７】
次に、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ついて説明する。第８の実施形態においては、第２の実施形態と同様にして、上層にｎ型ＩｎＰバッファ層（図示せず）が形成されたｎ型ＩｎＰ基板４１上に、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層１２１、エッチングストップ層１２２、下部クラッド層１２３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。エッチングストップ層１２２は、その上層に形成される半導体層の材料に対してエッチング選択性がある材料から構成することが望ましいことから、この第８の実施形態においては、たとえばＧａＩｎＡｓＰ層である。その後、ｐ型ＩｎＰ層の上面に所定形状にパターニングされたＳｉＮx膜からなるエッチングマスクを形成して、たとえば塩素系ガスを用いたドライエッチング法によって異方性エッチングを行う。この場合、プラズマモニタによってＧａの信号をモニタリングすることによって、上層に設けられるｎ型ＩｎＰ層とのポジション（エッチング深さ）を確認できる。これにより、エッチングの停止の精度を向上させることができ、ハイメサ導波路構造体１２０の製造を制御性良く行うことができる。
【００８８】
なお、ハイメサ導波路構造体１２０のエッチングを、ウェットエッチング法によって行う場合、ＩｎＰ層に対してエッチング選択性を有するエッチング材料を用いることによって、エッチングを選択的に停止できる。具体的に、上層の下部クラッド層１２３を構成するＩｎＰ層と、エッチングストップ層１２２を構成するＧａＩｎＡｓＰ層とのウェットエッチング法においては、塩酸系のエッチング液を用いるのが望ましい。
【００８９】
その後、第５の実施形態と同様にして、たとえばドライエッチング法によって、ｎ型ＩｎＰ基板４１の表面が露出するまで、エッチングストップ層１２２およびｎ型ＡｌＩｎＡｓ層１２１の部分をエッチング除去することにより、エッチング溝１２２ａを形成する。その後、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層１２１に対して、エッチング溝１２２ａの内壁面において露出した端部から酸化を行う。ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層１２１の酸化は、ハイメサ導波路構造体１２０のエッチング溝１２２ａとは反対側の側面の下方の位置まで酸化が進行するまで実行する。これにより、ハイメサ導波路構造体１２０の下部において、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層１２１が均一に酸化されて、幅方向に沿ってハイメサ導波路構造体１２０の他方の側面下部までの領域に、均質なＡｌＩｎＡｓ酸化層からなる低熱伝導層１２１ａが形成される。その他の製造方法については、第２および第５の実施形態と同様である。
【００９０】
この第８の実施形態によれば、第１〜第７の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、ハイメサ導波路構造体１２０をエッチングにより形成する際に、エッチングを高精度に実行でき、半導体基板上にハイメサ導波路構造体１２０を形成する場合においても、半導体基板内におけるメサ構造体の高さ面内分布、および半導体基板間のばらつきを改善できるので、半導体光素子の製造歩留りを向上させることができる。
【００９１】
（第９の実施形態）
次に、本発明の第９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１１は、第９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１１に示すように、第９の実施形態によるハイメサ導波路構造体１３０においては、第１の実施形態とは異なり、低熱伝導領域が、低熱伝導層の代わりに、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層１３１に隣接した同一面上の領域が空気によって満たされた空洞構造の低熱伝導空洞１３２により構成されている。この場合、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層１３１および下部クラッド層１３３の延伸部分１３３ａによって連結領域が構成され、この連結領域によってｎ型ＩｎＰ基板４１上にハイメサ導波路構造体１３０が保持される。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。
【００９２】
この第９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１３１、下部クラッド層１３３、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、上部クラッド層４５となるｐ型ＩｎＰ層の上面に、所定形状にパターニングされたＳｉＮx膜からなるエッチングマスクを形成する。続いて、このエッチングマスクを用いたドライエッチング法によって、下部クラッド層１３３の途中まで異方性エッチングを行った後、さらにドライエッチング法によって、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層１３１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１３１におけるハイメサ導波路構造体１３０の下方のｎ型ＡｌＩｎＡｓ層１３１を選択的にエッチングする。この低熱伝導化処理としての空洞形成処理によって、低熱伝導空洞１３２が形成される。なお、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層１３１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って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して低熱伝導空洞１３２を形成することも可能である。また、低熱伝導空洞１３２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１３１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ｎ型ＩｎＰ基板４１上に形成可能な材料が使用可能である。その他の製造方法については、第１の実施形態と同様である。
【００９３】
第９の実施形態によれば、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層１３１および下部クラッド層１３３の延伸部分１３３ａによって連結領域が構成され、この連結領域によってｎ型ＩｎＰ基板４１上にハイメサ導波路構造体１３０が保持されることにより、第１〜第８の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、マイクロヒータ２５および低熱伝導空洞１３２を設けていることにより、低熱伝導領域を設けることによる第１の実施形態と同様の効果を奏する。
【００９４】
以上説明した第１〜第９の実施形態における連結領域は、ストライプ状やリング状の導波路の下部に低熱伝導領域が設けられたハイメサ導波路構造体における、全領域または部分的な領域に設けられていれば良い。
【００９５】
（第１０の実施形態）
次に、本発明の第１０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１２は、第１０の実施形態によるハイメサ導波路構造体を示す平面図および断面図であり、図１２（ａ）がハイメサ導波路構造体の上面図、図１２（ｂ）が図１２（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図、および図１２（ｃ）が図１２（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【００９６】
図１２（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１０の実施形態によるハイメサ導波路構造体２００は、ストライプ状に形成されている。ハイメサ導波路構造体２００は、第１の実施形態と同様に、上層にｎ型ＩｎＰバッファ層（図示せず）が形成されたｎ型ＩｎＰ基板２０１上に、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層２０２およびＡｌＩｎＡｓ酸化層からなる低熱伝導層２０２ａ、下部クラッド層２０３、光導波層２０４、上部クラッド層２０５、およびマイクロヒータ２０６が順次形成されて設けられている。ハイメサ導波路構造体２００のストライプ形状の長手方向（光の導波方向）に平行で、かつストライプの幅方向に沿ったハイメサ導波路構造体２００の両側の、下部クラッド層２０３および低熱伝導層２０２ａの部分に、エッチング溝２０３ａ，２０３ｂが設けられている。ハイメサ導波路構造体２００の上部に設けられたマイクロヒータ２０６は、ｎ型ＩｎＰ基板２０１の面方向に沿って、低熱伝導層２０２ａの配置領域と少なくとも一部重なるように、好適には内側になるように配置されている。これにより、マイクロヒータ２０６により発生した熱を効率良く光導波層２０４に閉じ込めて、ｎ型ＩｎＰ基板２０１側への熱の流出を抑制できる。
【００９７】
また、図１２（ｂ）に示すように、下部クラッド層２０３の下部には、ハイメサ導波路構造体２００の幅方向に沿った両側に、ｎ型ＩｎＰ基板２０１の面方向に沿って延伸した、延伸部分２０３ｃが設けられている。さらに、図１２（ｃ）に示すように、ハイメサ導波路構造体２００のストライプ形状の長手方向（光の導波方向）に沿って、酸化されていないｎ型ＡｌＩｎＡｓ層２０２が低熱伝導層２０２ａの両側に設けられている。これにより、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層２０２と下部クラッド層２０３とによって、連結領域が構成されている。この連結領域において、下地となるｎ型ＩｎＰ基板２０１にハイメサ導波路構造体２００が保持されている。連結領域が設けられていることにより、低熱伝導層２０２ａの上層におけるハイメサ導波路構造体２００の接合強度の低下が抑制される。その他の構成は、第１および第５の実施形態と同様である。
【００９８】
この第１０の実施形態によるハイメサ導波路構造体の製造方法については、まず、第５の実施形態と同様にして、下部に延伸部分２０３ｃを残すように下部クラッド層２０３の途中までをエッチングする。下部クラッド層２０３の下部の延伸部分２０３ｃにおいて、ストライプ状の開口を有するエッチングマスクを用いたドライエッチング法により、ｎ型ＩｎＰ基板２０１の表面が露出するまで、下部クラッド層２０３の下部およびｎ型ＡｌＩｎＡｓ層２０２をエッチングする。これにより、エッチング溝２０３ａ，２０３ｂが形成される。ここで、エッチング溝２０３ａ，２０３ｂの長手方向に沿った長さは、マイクロヒータ２０６の長手方向に沿った長さ以上にするのが好ましい。その後、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層２０２に対して、エッチング溝２０３ａ，２０３ｂの内壁面において露出した部分から酸化を行う。ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層２０２の酸化は、エッチング溝２０３ａ，２０３ｂから面方向に進行し、図１２（ａ）中打点部分の領域が酸化される。これにより、ハイメサ導波路構造体２００の下部において、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層２０２が均一に酸化されて、幅方向に沿ってハイメサ導波路構造体２００よりも広い幅の領域に、均質なＡｌＩｎＡｓ酸化層からなる低熱伝導層２０２ａが形成される。
【００９９】
なお、酸化を進行させて酸化処理工程の時間を短縮するためには、２本のエッチング溝２０３ａ，２０３ｂをハイメサ導波路構造体２００の幅方向に沿った両側に形成するのが好ましいが、エッチング溝２０３ａ，２０３ｂのいずれか一方のみを形成することも可能である。この場合、後の酸化工程においてアニール時間を長時間化させて調整することにより、所望の領域に低熱伝導層２０２ａを形成できる。また、２本のエッチング溝２０３ａ，２０３ｂをハイメサ導波路構造体２００の幅方向に沿った両側に形成した場合、導波路の長手方向全体に亘り、または部分的に、酸化の進行を遅らせて、非酸化領域、すなわちｎ型ＡｌＩｎＡｓ層２０２の形成領域を、ＡｌＩｎＡｓ酸化層からなる低熱伝導層２０２ａ内に形成することも可能である。これにより、さらに機械的強度を向上させることができる。なお、この場合は熱閉じ込め効果が低減する可能性があるため、低熱伝導層２０２ａ内の非酸化領域の大きさについては留意する必要がある。その他の製造方法については、第１および第５の実施形態と同様である。
【０１００】
この第１０の実施形態によれば、下部に低熱伝導領域が形成されたハイメサ導波路構造体２００におけるストライプ形状の長手方向（光の導波方向）の両端部が、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層２０２と下部クラッド層２０３とにより構成される連結領域となっている。これにより、ｎ型ＩｎＰ基板２０１にハイメサ導波路構造体２００を保持させることができるので、第１〜第９の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、ハイメサ導波路構造体２００の幅方向に沿った両側に、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層２０２が露出したエッチング溝２０３ａ，２０３ｂを形成している。これによって、光導波層２０４の下部のｎ型ＡｌＩｎＡｓ層２０２の酸化が、ハイメサ導波路構造体２００の幅方向に沿った両側から進行するため、エッチング溝を一方の側のみに設けた場合に比して、酸化処理の時間を約半分の時間に短縮できる。
【０１０１】
（第１１の実施形態）
次に、本発明の第１１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１３は、第１１の実施形態によるハイメサ導波路構造体を示す平面図および断面図であり、図１３（ａ）がハイメサ導波路構造体の上面図、図１３（ｂ）が図１３（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【０１０２】
図１３（ａ）に示すように、第１１の実施形態によるハイメサ導波路構造体２５０は、リング状に形成されている。ハイメサ導波路構造体２５０のリング形状に沿った方向（光の導波方向）で、かつリング形状の導波路の幅方向に沿ったハイメサ導波路構造体２５０の外周側に、部分リング状にエッチング溝２５３ａが設けられている。エッチング溝２５３ａの周囲には、エッチング溝２５３ａの形状に沿って低熱伝導層２５２ａの領域が設けられている。なお、エッチング溝２５３ａをリング状のハイメサ導波路構造体２５０の外周側にのみ形成しているが、内周側のみに形成しても内外周両側に形成しても良い。
【０１０３】
図１３（ｂ）に示すように、ハイメサ導波路構造体２５０は、第１の実施形態と同様に、上層にｎ型ＩｎＰバッファ層（図示せず）が形成されたｎ型ＩｎＰ基板２５１上に、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層２５２およびＡｌＩｎＡｓ酸化層からなる低熱伝導層２５２ａ、下部クラッド層２５３、光導波層２５４、上部クラッド層２５５、およびマイクロヒータ２５６が順次形成されて設けられている。下部クラッド層２５３の下部には、ハイメサ導波路構造体２５０の幅方向に沿った両側に、ｎ型ＩｎＰ基板２５１の面方向に沿って延伸した延伸部分２５３ｃが設けられている。エッチング溝２５３ａは、下部クラッド層２５３の下部の延伸部分２５３ｃおよび低熱伝導層２５２ａの部分に形成されている。低熱伝導層２５２ａが形成されていない領域は、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層２５２が設けられている。
【０１０４】
図１３（ａ），（ｂ）に示すように、ハイメサ導波路構造体２５０の上部に設けられたマイクロヒータ２５６は、ｎ型ＩｎＰ基板２５１の面方向に沿って、低熱伝導層２５２ａの配置領域の少なくとも一部が重なるように、好適には、低熱伝導層２５２ａの形成領域の内側になるように、部分リング状に配置されている。これにより、マイクロヒータ２５６により発生した熱を効率良く光導波層２５４に閉じ込めることができる。さらに、ハイメサ導波路構造体２５０の形成領域における低熱伝導層２５２ａの形成領域（図１３（ａ）中、打点部）以外の部分は、ハイメサ導波路構造体２５０の下部であって、酸化されていないｎ型ＡｌＩｎＡｓ層２５２が設けられた非酸化領域である。この非酸化領域を含んだ、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層２５２と下部クラッド層２５３とにより、連結領域が構成されている。この連結領域において、下地となるｎ型ＩｎＰ基板２５１にハイメサ導波路構造体２５０が保持されている。ここで、ハイメサ導波路構造体２５０の下部における非酸化領域は、ハイメサ導波路構造体２５０の形成において生じる応力などを考慮すると、ハイメサ導波路構造体２５０のリング状の中心に対してｎ回回転対称（ｎは２以上の整数）の位置に設けるのが好ましい。この第１１の実施形態においては、非酸化領域は、２回回転対称となる配置位置に設けられている。この非酸化領域を含む連結領域によって、低熱伝導層２５２ａの上層におけるハイメサ導波路構造体２５０の接合強度の低下が抑制される。その他の構成および製造方法は、第１、第５、および第１０の実施形態と同様である。
【０１０５】
この第１１の実施形態によれば、下部に低熱伝導領域が形成されたリング状のハイメサ導波路構造体２５０が、光の導波方向に部分的に形成されている。ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層２５２と下部クラッド層２５３とから構成された連結領域において、下地となるｎ型ＩｎＰ基板２５１にハイメサ導波路構造体２５０が保持されることにより、第１〜第１０の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第１０および第１１の実施形態のように、直線導波路および曲線やリング状の導波路においても対応することができるので、様々な機能を有する単体の素子や集積素子などへの応用も可能になる。
【０１０６】
（第１２の実施形態）
次に、本発明を適用可能な第１２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１４は、第１２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。
【０１０７】
図１４に示すように、第１２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３００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３０１、位相調整導波路部３０２、利得導波路部３０３、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３０４、および半導体光増幅器（ＳＯＡ：Semiconductor  Optical  Amplifier）３０５から構成されている。
【０１０８】
集積型半導体レーザ素子３００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３０１、位相調整導波路部３０２、および第２サンプルドグレーティング導波路部３０４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３０１、位相調整導波路部３０２、および第２サンプルドグレーティング導波路部３０４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３０３およびＳＯＡ３０５により、アクティブ領域が構成される。利得導波路部３０３およびＳＯＡ３０５は、埋込構造を有する。
【０１０９】
集積型半導体レーザ素子３００は、ｎ型ＩｎＰ基板３１０の主面上に、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層３２０、下部クラッド層３３０、コア層３４０、上部クラッド層３５０が順次形成されている。上部クラッド層３５０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３６１が設けられているとともに、パッシブ領域に選択的にマイクロヒータ３６２が設けられている。ｎ型ＩｎＰ基板３１０の裏面には、ｎ側電極３７０が設けられている。ｎ型ＩｎＰ基板３１０、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層３２０、下部クラッド層３３０、コア層３４０、および上部クラッド層３５０の積層体におけるレーザ光の出射端面には、無反射膜３８０が設けられている。ここで、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層３２０の膜厚は、第１の実施形態と同様にして決定され、あらかじめ酸化実験により得られた最適膜厚に対して、０．５倍以上１．５倍未満、好適には１．３倍以下の膜厚に設定される。この第１２の実施形態においてｎ型ＡｌＩｎＡｓ層３２０の膜厚はたとえば１００ｎｍである。
【０１１０】
パッシブ領域における位相調整導波路部３０２は、ｎ型ＩｎＰ基板３１０の主面上に、低熱伝導層３２１、下部クラッド層３３０、導波路コア層３４３、上部クラッド層３５０、およびマイクロヒータ３６２が順次形成されている。ｎ型ＩｎＰ基板３１０は、裏面にｎ側電極３７０が設けられている。低熱伝導層３２１は、酸化されたｎ型ＡｌＩｎＡｓ層からなる。低熱伝導層３２１は、位相調整導波路部３０２における少なくとも一部または全体の下層に設けられている。下部クラッド層３３０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３５０はｐ型半導体層としてのｐ型ＩｎＰ層からなる。導波路コア層３４３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。
【０１１１】
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３０１および第２サンプルドグレーティング導波路部３０４は、ｎ型ＩｎＰ基板３１０の主面上に、低熱伝導層３２１、下部クラッド層３３０、グレーティング層３４２、上部クラッド層３５０、およびマイクロヒータ３６２が順次形成されている。裏面にｎ側電極３７０が設けられたｎ型ＩｎＰ基板３１０は、位相調整導波路部３０２と共有されている。低熱伝導層３２１は、酸化されたｎ型ＡｌＩｎＡｓ層３２０からなる。低熱伝導層３２１は、第１サンプルドグレーティング導波路部３０１および第２サンプルドグレーティング導波路部３０４における少なくとも一部または全体の下層に設けられている。下部クラッド層３３０は、ｎ型半導体層としてのｎ型ＩｎＰ層からなる。上部クラッド層３５０は、ｐ型半導体層としてのｐ型ＩｎＰ層からなる。グレーティング層３４２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。
【０１１２】
アクティブ領域における利得導波路部３０３およびＳＯＡ３０５は、ｎ型ＩｎＰ基板３１０の主面上に、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層３２０、下部クラッド層３３０、活性層３４１、上部クラッド層３５０、およびＩｎＧａＡｓコンタクト層（図示せず）を介したｐ側電極３６１が、順次形成されて構成されている。ｎ型ＩｎＰ基板３１０、下部クラッド層３３０、および上部クラッド層３５０は、第１サンプルドグレーティング導波路部３０１、位相調整導波路部３０２、および第２サンプルドグレーティング導波路部３０４と共有されている。ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層３２０は低熱伝導層３２１の酸化されていない非酸化領域である。活性層３４１は、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有するＧａＩｎＡｓＰ層からなる。
【０１１３】
また、酸化されていないｎ型ＡｌＩｎＡｓ層３２０が、集積型半導体レーザ素子３００における光の導波方向の長手方向に沿って、低熱伝導層３２１の間に設けられている。これにより、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層３２０と下部クラッド層３３０とによって、連結領域が構成される。この連結領域において、下地となるｎ型ＩｎＰ基板３１０にｎ型ＡｌＩｎＡｓ層３２０より上層に設けられたハイメサ導波路構造体が保持される。これにより、低熱伝導層３２１の上層におけるハイメサ導波路構造体の接合強度の低下が抑制される。
【０１１４】
この第１２の実施形態によれば、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層３２０と下部クラッド層３３０とによって構成された連結領域によって、ｎ型ＩｎＰ基板３１０にｎ型ＡｌＩｎＡｓ層３２０より上層に設けられたハイメサ導波路構造体が保持されていることにより、第１〜第１１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、集積型半導体レーザ素子３００においては、導波路方向に沿ったマイクロヒータ３６２とｎ型ＩｎＰ基板３１０との間に、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層３２０が酸化された低熱伝導層３２１が設けられていることにより、マイクロヒータ３６２によって発する熱を効率良く閉じ込めることができる。さらに、第１２の実施形態による集積型半導体レーザ素子３００におけるパッシブ領域において、第７の実施形態による複数層の低熱伝導層の構成を適用することも可能である。
【０１１５】
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。
【０１１６】
また、上述した実施形態においては、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層４２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。
【０１１７】
また、上述した実施形態においては、低熱伝導層３２１を、１層のｎ型ＡｌＩｎＡｓ層３２０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。さらに、低熱伝導層３２１を、空洞から構成することも可能であり、この場合においても、上述と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【０１１８】
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
１３，３６１  ｐ側電極
１４，１５，２５，２０６，２５６，３６２，４０６  マイクロヒータ
２０  第２の導波路部
２１  ２分岐部
２１ａ  導波路
２２，２３  アーム部
２４  リング状導波路
３０，３７０  ｎ側電極
４１，２０１，２５１，３１０，４０１  ｎ型ＩｎＰ基板
４１ａ  凹部
４２，６１，７１，８１，９１，１０１，１１１，１１３，１２１，１３１，２０２，２５２，３２０  ｎ型ＡｌＩｎＡｓ層
４２ａ，６１ａ，７１ａ，８１ａ，９１ａ，１０１ａ，１２１ａ，２０２ａ，２５２ａ，３２１，４０２  低熱伝導層
４３，６２，７２，８２，９２，１０２，１２３，１３３，２０３，２５３，３３０，４０３  下部クラッド層
４３ａ，６２ａ，７２ａ，８２ａ，９２ａ，９２ｂ，１０２ａ，１０２ｂ，１３３ａ，２０３ｃ，２５３ｃ  延伸部分
４４，２０４，２５４，４０４  光導波層
４５，２０５，２５５，３５０，４０５  上部クラッド層
４６  誘電体層
４８  樹脂層
４９  引き出し配線
６０，７０，８０，９０，１００，１１０，１２０，１３０，２００，２５０，４００  ハイメサ導波路構造体
９３，１０３，１２２ａ，２０３ａ，２０３ｂ，２５３ａ  エッチング溝
１１１ａ  第１低熱伝導層
１１２  ｎ型ＩｎＰ層
１１３ａ  第２低熱伝導層
１２２  エッチングストップ層
１３２  低熱伝導空洞
２２０  ハイメサ導波路構造体
３００  集積型半導体レーザ素子
３０１  第１サンプルドグレーティング導波路部
３０２  位相調整導波路部
３０３  利得導波路部
３０４  第２サンプルドグレーティング導波路部
３４０  コア層
３４１  活性層
３４２  グレーティング層
３４３  導波路コア層
３８０  無反射膜
４０７  ボイド
Ｃ１  レーザ共振器
Ｌ１  レーザ光
Ｍ１  反射ミラー
ＲＦ１  リング共振型フィルタ
【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】
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【図１３】
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【図１４】
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