(57)【要約】  半導体レーザ（２）は、ｎ型半導体基板（１）と、ｎ型半導体基板（１）の上に順に積層されたｎ型クラッド層（４）、活性層（５）及びｐ型クラッド層（６）とを有する。光導波路（３）は、ｎ型半導体基板（１）の上であって半導体レーザ（２）の光出力側に設けられ、不純物がドーピングされず活性層（５）よりも禁制帯幅の大きなコア層（９）と、コア層（９）の上に設けられｐ型クラッド層（６）よりもキャリア濃度が低いクラッド層（１０）とを有する。半導体レーザ（２）は、キャリア注入領域（Ｘ１）と、キャリア注入領域（Ｘ１）と光導波路（３）との間に設けられた非キャリア注入領域（Ｘ２）とを有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型半導体基板と、前記ｎ型半導体基板の上に順に積層されたｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層とを有する半導体レーザと、
前記ｎ型半導体基板の上であって前記半導体レーザの光出力側に設けられ、不純物がドーピングされず前記活性層よりも禁制帯幅の大きなコア層と、前記コア層の上に設けられ前記ｐ型クラッド層よりもキャリア濃度が低いクラッド層とを有する光導波路とを備え、
前記半導体レーザは、キャリア注入領域と、前記キャリア注入領域と前記光導波路との間に設けられた非キャリア注入領域とを有することを特徴とする光半導体素子。
【請求項２】
前記ｎ型半導体基板の前記下面において前記キャリア注入領域に設けられ、前記非キャリア注入領域及び前記光導波路には設けられていない電極を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の光半導体素子。
【請求項３】
前記非キャリア注入領域及び前記光導波路において前記ｎ型半導体基板の前記下面に設けられた絶縁体を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の光半導体素子。
【請求項４】
前記非キャリア注入領域及び前記光導波路において前記ｎ型半導体基板の前記下面に設けられた金属酸化膜を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の光半導体素子。
【請求項５】
前記非キャリア注入領域及び前記光導波路において前記ｎ型半導体基板の前記下面にショットキー接合された金属層を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の光半導体素子。
【請求項６】
前記非キャリア注入領域及び前記光導波路において前記ｎ型半導体基板の前記下面に設けられたｐ型半導体層を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の光半導体素子。
【請求項７】
前記半導体レーザ及び前記光導波路において前記ｎ型半導体基板の前記下面が平坦であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の光半導体素子。
【請求項８】
前記非キャリア注入領域及び前記光導波路において前記ｎ型半導体基板の前記下面に凹部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光半導体素子。
【請求項９】
ｎ型半導体基板と、前記ｎ型半導体基板の上に順に積層されたｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層とを有する半導体レーザと、
前記ｎ型半導体基板の上であって前記半導体レーザの光出力側に設けられ、不純物がドーピングされず前記活性層よりも禁制帯幅の大きなコア層と、前記コア層の上に設けられ前記ｐ型クラッド層よりもキャリア濃度が低いクラッド層と、前記コア層の下方に設けられ前記ｎ型半導体基板の下面に接しないｐ型半導体層とを有する光導波路とを備えることを特徴とする光半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザと光導波路層を集積した光半導体素子に関し、特に活性層内のキャリア密度の不均一を抑制して特性を向上させることができる光半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
光半導体素子において、半導体レーザと、光導波路、光合波器又は光変調器などとを集積することにより小型化及び高性能化が進んでいる。このような集積構造光半導体素子では、発光に寄与する半導体レーザに効果的にキャリアを注入し、十分な発光効率を得ることが重要である。そのため、半導体レーザ以外の光導波路にキャリアを注入しないことが有効である。一方、半導体レーザの活性層には均一にキャリアを注入することで、しきい値電流が低く、良好な特性を得ることが可能となる。【０００３】
光通信用光半導体素子では、前述のように半導体レーザと光合波器などを集積した構造が必要となっている。このような集積型光半導体素子では、半導体レーザからの出射光を導くための光導波路が必要となる。半導体レーザの端部と光導波路の端部が接合されてバットジョイント部が形成される。【０００４】
光の吸収を避けるために光導波路には不純物を注入しないので、光導波路にはキャリアの注入がなされない。従って、光導波路の下方から供給された電子は活性層に迂回して注入される。この迂回して注入される電子は、特にバットジョイント部から数μｍ程度の位置に集中する。このような電子密度が極めて高い箇所が活性層内に発生すると、発光に寄与するホールの供給が不足し、半導体レーザのレーザ発振のしきい値電流が増加する。また、非発光再結合による発熱が増加し、動作電流の増大による消費電力の増大又は変調特性の劣化を招く。【０００５】
なお、活性層が素子端面まで形成された半導体レーザの光出射端面部の破壊又は劣化を抑制する方法が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。端面まで活性層が存在すると端面領域にキャリアが注入されるが、活性層上部のキャリアが注入される層を除去するか又は活性層下部にｐ型半導体層を形成することで、端面部へのキャリア注入を抑制することができる。また、光半導体素子の端部での光吸収による端部の破壊又は劣化を防ぐために、活性層の端部に不純物を注入して窓構造を形成する方法が提案されている（例えば、特許文献３〜５参照）。しかし、不純物を注入した窓構造は、不純物を注入しない光導波路とは全く異なる。【０００６】
また、キャリア密度が局所的に高くなる状態について、半導体基板と対向する素子上面の電極内部のキャリア密度が開示されている（例えば、特許文献６参照）。しかし、特性低下に影響する活性層内のキャリア密度の局所的な増大とこれを抑制する解決方法については開示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】日本特開平０６−２６０７１５号公報
【特許文献２】日本特開昭６３−０８４０８７号公報
【特許文献３】日本特開平０７−０５８４０２号公報
【特許文献４】日本特開２００３−１４２７７４号公報
【特許文献５】日本特開平０３−２０８３９０号公報
【特許文献６】日本特開２００２−２６１３７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
半導体レーザと光導波路を集積した光半導体素子では、活性層に局所的なキャリア密度の高い部分が発生することで特性が低下するという問題があった。このような活性層内のキャリア密度の不均一を抑制することが、しきい値電流などの特性の向上につながる。【０００９】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は活性層内のキャリア密度の不均一を抑制して特性を向上させることができる光半導体素子を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る光半導体素子は、ｎ型半導体基板と、前記ｎ型半導体基板の上に順に積層されたｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層とを有する半導体レーザと、前記ｎ型半導体基板の上であって前記半導体レーザの光出力側に設けられ、不純物がドーピングされず前記活性層よりも禁制帯幅の大きなコア層と、前記コア層の上に設けられ前記ｐ型クラッド層よりもキャリア濃度が低いクラッド層とを有する光導波路とを備え、前記半導体レーザは、キャリア注入領域と、前記キャリア注入領域と前記光導波路との間に設けられた非キャリア注入領域とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、非キャリア注入領域及び光導波路においてｎ型半導体基板の下面からキャリアが注入されない。これにより、非キャリア注入領域及び光導波路の下部からキャリア注入領域側に迂回して活性層に流入する電子の流れを抑制することができる。この結果、活性層内のキャリア密度の不均一を抑制して特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光半導体素子を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る光半導体素子を示す下面図である。
【図３】図１のＩ−ＩＩに沿った断面図である。
【図４】図１のＩＩＩ−ＩＶに沿った断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る光半導体素子の製造工程を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る光半導体素子の製造工程を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る光半導体素子の製造工程を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る光半導体素子の製造工程を示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る光半導体素子の製造工程を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態１に係る光半導体素子の製造工程を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態１に係る光半導体素子の製造工程を示す断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態１に係る光半導体素子の製造工程を示す断面図である。
【図１３】比較例に係る半導体光素子を示す断面図である。
【図１４】半導体レーザの後端面からの距離と電子密度との関係を計算した結果を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態２に係る光半導体素子を示す断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態２に係る光半導体素子を示す下面図である。
【図１７】本発明の実施の形態２に係る光半導体素子の変形例を示す下面図である。
【図１８】本発明の実施の形態３に係る光半導体素子を示す断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態４に係る光半導体素子を示す断面図である。
【図２０】本発明の実施の形態５に係る光半導体素子を示す断面図である。
【図２１】本発明の実施の形態６に係る光半導体素子を示す断面図である。
【図２２】本発明の実施の形態７に係る光半導体素子を示す断面図である。
【図２３】距離Ｘ３と電子密度最大値との関係を計算した結果を示す図である。
【図２４】距離Ｘ４と電子密度最大値との関係を計算した結果を示す図である。
【図２５】本発明の実施の形態１＋７と従来構成の効果の違いを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施の形態に係る光半導体素子について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る光半導体素子を示す断面図である。図１はレーザ光の進行方向と平行な方向、即ち共振器方向に沿った断面図である。本実施の形態に係る光半導体素子は、ｎ型ＩｎＰ基板１上に半導体レーザ２と光導波路３が集積された集積型光半導体素子である。光導波路３は半導体レーザ２の光出力側に設けられている。
【００１５】
半導体レーザ２は、ｎ型ＩｎＰ基板１と、その上に順に積層されたｎ型クラッド層４、活性層５、ｐ型クラッド層６及び導電性ＩｎＰ層７とを有する。ｎ型クラッド層４の中に回折格子８が設けられており、半導体レーザ２は分布帰還型半導体レーザである。ｎ型クラッド層４はキャリア濃度１×１０１８ｃｍ−３のｎ型ＩｎＰクラッド層である。活性層５はＡｌＧａＩｎＡｓ歪量子井戸活性層である。ｐ型クラッド層６はキャリア濃度１×１０１８ｃｍ−３のｐ型ＩｎＰクラッド層である。導電性ＩｎＰ層７は、キャリア濃度１×１０１８ｃｍ−３のｐ型ＩｎＰクラッド層である。例えば、活性層５の厚さは０．２μｍ、ｐ型クラッド層６の厚さは０．２μｍである。
【００１６】
光導波路３は、ｎ型ＩｎＰ基板１と、その上に順に積層されたｎ型クラッド層４、コア層９、クラッド層１０及び導電性ＩｎＰ層７とを有する。コア層９は、不純物がドーピングされず、活性層５よりも禁制帯幅が大きいＩｎＧａＡｓＰ層である。例えば、コア層９の厚さは０．２μｍである。半導体レーザ２の活性層５の端面と光導波路３のコア層９の端面が接合されてバットジョイント部が形成される。クラッド層１０は、キャリア濃度が１×１０１７ｃｍ−３以下のＩｎＰ層であり、半導体レーザ２のｐ型クラッド層６よりもキャリア濃度が低く、電気抵抗が高い。
【００１７】
導電性ＩｎＰ層７の上にｐ型電極１１が設けられている。ｎ型ＩｎＰ基板１の下面にｎ型電極１２が設けられている。半導体レーザ２は、キャリア注入領域Ｘ１と、キャリア注入領域Ｘ１と光導波路３との間に設けられた非キャリア注入領域Ｘ２とを有する。即ち、非キャリア注入領域Ｘ２は光導波路３の近傍に設けられている。キャリア注入領域Ｘ１は、バットジョイント部から非キャリア注入領域Ｘ２の幅だけ離れている。非キャリア注入領域Ｘ２の幅は５０μｍ以上である。
【００１８】
図２は、本発明の実施の形態１に係る光半導体素子を示す下面図である。ｎ型電極１２はキャリア注入領域Ｘ１のみに設けられ、非キャリア注入領域Ｘ２及び光導波路３には設けられていない。ｎ型電極１２の光導波路３側端部はバットジョイント部から５０μｍの位置であり、反対側の端部は半導体レーザ２の端部である。従って、キャリア注入領域Ｘ１においてｎ型半導体基板１の下面から活性層５にキャリアが注入され、非キャリア注入領域Ｘ２及び光導波路３においてｎ型半導体基板１の下面からキャリアが注入されない。
【００１９】
図３は、図１のＩ−ＩＩに沿った断面図である。即ち、図３は半導体レーザ２を共振器方向と垂直に切断した断面図である。半導体レーザ２は活性層５等がメサストライプ状に加工されている。その両側がキャリア濃度１×１０１８ｃｍ−３のｐ型ＩｎＰ埋め込み層１３、キャリア濃度５×１０１６ｃｍ−３のＦｅドープＩｎＰ埋め込み層１４、及びキャリア濃度５×１０１８ｃｍ−３のｎ型ＩｎＰ埋込み層１５で埋め込まれている。
【００２０】
図４は、図１のＩＩＩ−ＩＶに沿った断面図である。即ち、図４は光導波路３を共振器方向と垂直に切断した断面図である。光導波路３はコア層９等がメサストライプ状に加工されている。その両側が、半導体レーザ２と同様に、ｐ型ＩｎＰ埋め込み層１３、ＦｅドープＩｎＰ埋め込み層１４及びｎ型ＩｎＰ埋込み層１５で埋め込まれている。
【００２１】
続いて、本実施の形態１に係る光半導体素子の製造方法を説明する。図５〜図１２は、本発明の実施の形態１に係る光半導体素子の製造工程を示す断面図である。図８〜図１１は図７のＩ−ＩＩに沿った断面図に対応し、半導体レーザ２が形成される部分を共振器方向と垂直に切断した断面図である。
【００２２】
まず、図５に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板１上にＭＯＣＶＤ法によりｎ型クラッド層４を結晶成長する。電子ビーム露光を用いて回折格子８を形成した後、ｎ型クラッド層４を再成長する。ｎ型クラッド層４の上に活性層５とｐ型クラッド層６を順に結晶成長する。
【００２３】
次に、図６に示すように、ｐ型クラッド層６の上にＳｉＯ２絶縁膜１６を形成し、パターニング、ドライエッチングを行うことにより活性層５とｐ型クラッド層６の紙面右側部分をエッチング除去する。このエッチング除去された部分に、図７に示すように、ＭＯＣＶＤ法によりコア層９とクラッド層１０を順に結晶成長する。その後、ＳｉＯ２絶縁膜１６をエッチング除去する。
【００２４】
次に、図８に示すように、ＳｉＯ２絶縁膜１７を成膜し、パターニングする。次に、図９に示すように、ドライエッチング等により半導体層をメサストライプ状に加工する。次に、図１０に示すように、ＭＯＣＶＤ法によりｐ型ＩｎＰ埋め込み層１３、ＦｅドープＩｎＰ埋め込み層１４及びｎ型ＩｎＰ埋込み層１５を成長する。その後、ＳｉＯ２絶縁膜１７をエッチング除去する。次に、図１１に示すように、ＭＯＣＶＤ法により導電性ＩｎＰ層７を成長する。
【００２５】
次に、図１２に示すように、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕのｐ型電極１１を形成する。さらに、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕのｎ型電極１２を形成する。例えば、ｎ型電極１２を基板の裏面全面に形成し、レジストなどを用いてイオンミリングなどで非キャリア注入領域Ｘ２及び光導波路３のｎ型電極１２を部分的に除去する。または、レジストなどを用いたリフトオフを行ってもよい。以上により、本実施の形態に係る光半導体素子が製造される。
【００２６】
製造した光半導体素子のｎ型電極１２は、はんだなどの導電性接合材料を用いてパッケージに固定される。ｐ型電極１１にワイヤボンドが行われる。ｎ型電極１２とｐ型電極１１の間で電圧を印加すると、導電性ＩｎＰ層７、ｐ型クラッド層６、活性層５の順に電流が流れ、活性層５からレーザ光が放射される。そのレーザ光は、コア層９を通って図１の右側に向かって進行する。
【００２７】
続いて、本実施の形態の効果を比較例と比較して説明する。図１３は、比較例に係る半導体光素子を示す断面図である。比較例ではｎ型電極１２がｎ型ＩｎＰ基板１の下面全面に形成されている。ｎ型電極１２からキャリアである電子が活性層５に注入されるが、ｎ型電極１２から光導波路３の下部に注入された電子は、電子を通さないコア層９の下側を迂回して活性層５に流入する。この迂回して活性層５に流入する電子が、活性層５のバットジョイント部から３μｍ程度離れた部分に集中する。これにより特性の低下が発生する。
【００２８】
これに対して、本実施の形態では、ｎ型電極１２はキャリア注入領域Ｘ１のみに設けられ、非キャリア注入領域Ｘ２及び光導波路３には設けられていない。従って、非キャリア注入領域Ｘ２及び光導波路３においてｎ型半導体基板１の下面からキャリアが注入されない。これにより、非キャリア注入領域Ｘ２及び光導波路３の下部からキャリア注入領域Ｘ１側に迂回して活性層５に流入する電子の流れを抑制することができる。この結果、活性層５内のキャリア密度の不均一を抑制して特性を向上させることができる。
【００２９】
図１４は、半導体レーザの後端面からの距離と電子密度との関係を計算した結果を示す図である。距離Ｘ２を＋５０μｍとした場合が従来構造であり、−５０μｍとした場合が実施の形態１である。実施の形態１では、活性層５内の電子密度が従来構造の５０％程度まで低減できている。この電子密度の上昇抑制により特性の低下を防ぐことができる。
【００３０】
なお、光導波路３の近傍に非キャリア注入領域Ｘ２を設けず、半導体レーザ２全面をキャリア注入領域Ｘ１にすると、電界が光導波路３の下部にまで広がってしまう。このため、電子が光導波路３の下部からキャリア注入領域Ｘ１側に迂回して活性層５に流入してしまい、上記の効果が得られない。
【００３１】
また、本実施の形態では、半導体レーザ２及び光導波路３においてｎ型ＩｎＰ基板１の下面が面一で平坦である。このため、光半導体素子の製造が容易である。
【００３２】
実施の形態２．
図１５は、本発明の実施の形態２に係る光半導体素子を示す断面図である。図１６は、本発明の実施の形態２に係る光半導体素子を示す下面図である。ｎ型電極１２が設けられていない非キャリア注入領域Ｘ２及び光導波路３においてｎ型ＩｎＰ基板１の下面に絶縁体１８が設けられている。例えば、ｎ型ＩｎＰ基板１の下面全面にＳｉＯ２などの絶縁体１８を形成した後、部分的に形成したレジストをマスクとして用いたイオンミリングなどにより絶縁体１８の一部を除去する。
【００３３】
はんだなどの導電性接合材料により光半導体素子の下面をパッケージと接合する際に、実施の形態１では露出したｎ型ＩｎＰ基板１の下面と接合材料との間で通電して、注入される電子の流れを十分に制御できなくなる可能性がある。そこで、本実施の形態では非キャリア注入領域Ｘ２及び光導波路３において素子下面に絶縁体１８を設けている。絶縁体１８により非キャリア注入領域Ｘ２及び光導波路３から活性層５への電子の注入を確実に抑制することができる。従って、活性層５内のキャリア密度の不均一を抑制して特性を向上させることができる。
【００３４】
図１７は、本発明の実施の形態２に係る光半導体素子の変形例を示す下面図である。基板下面のｎ型電極１２と絶縁体１８は、キャリアの注入抑制効果を妨げない範囲で、光半導体素子のパッケージへの固定強度と放熱性を考慮して、図１７のような形状にしてもよい。これにより、チップ裏面のパターン間の段差によって発生する図面上下方向へのチップの傾きを軽減することができる。後述の実施の形態３〜６についても同様である。
【００３５】
実施の形態３．
図１８は、本発明の実施の形態３に係る光半導体素子を示す断面図である。ｎ型電極１２が設けられていない非キャリア注入領域Ｘ２及び光導波路３においてｎ型ＩｎＰ基板１の下面に金属酸化膜１９が設けられている。例えば、ｎ型ＩｎＰ基板１の下面全面にＴｉなどの金属膜を形成し、キャリア注入領域Ｘ１を絶縁膜などで覆い、表面に露出した金属層を熱酸化又は陽極酸化などにより酸化することで金属酸化膜１９を部分的に形成する。
【００３６】
はんだなどの導電性接合材料により光半導体素子の下面をパッケージと接合する際に、素子下面にＳｉＯ２などの酸化層を形成していると十分な接合強度が得られない。そこで、本実施の形態では非キャリア注入領域Ｘ２及び光導波路３において素子下面に金属酸化膜１９を設けている。金属酸化膜１９により非キャリア注入領域Ｘ２及び光導波路３から活性層５への電子の注入を確実に抑制することができる。従って、接合強度を確保しつつ、活性層５内のキャリア密度の不均一を抑制して特性を向上させることができる。
【００３７】
実施の形態４．
図１９は、本発明の実施の形態４に係る光半導体素子を示す断面図である。ｎ型電極１２が設けられていない非キャリア注入領域Ｘ２及び光導波路３において、ｎ型ＩｎＰ基板１の下面にショットキー接合された金属層２０が設けられている。金属層２０は例えばＺｎを含む材料である。例えば、ｎ型ＩｎＰ基板１の下面全面に金属層２０を形成した後、部分的に形成したレジストをマスクとして用いたイオンミリングなどにより金属層２０の一部を除去する。
【００３８】
はんだなどの導電性接合材料により光半導体素子の下面をパッケージと接合する際に、非キャリア注入領域Ｘ２及び光導波路３において素子下面が接合できる表面状態でないと十分な接合強度が得られない。そこで、本実施の形態では非キャリア注入領域Ｘ２及び光導波路３において素子下面に金属層２０を設けている。ｎ型ＩｎＰ基板１と金属層２０との間がショットキー接合により高抵抗となるため、非キャリア注入領域Ｘ２及び光導波路３から活性層５への電子の注入を確実に抑制することができる。従って、接合強度を確保しつつ、活性層５内のキャリア密度の不均一を抑制して特性を向上させることができる。
【００３９】
実施の形態５．
図２０は、本発明の実施の形態５に係る光半導体素子を示す断面図である。非キャリア注入領域Ｘ２及び光導波路３においてｎ型ＩｎＰ基板１の下面にｐ型半導体層２１が設けられている。例えばｎ型ＩｎＰ基板１の下面に部分的にＺｎＯ等の拡散元となる層を形成して熱処理することで、この層からＺｎを固相拡散することでｐ型半導体層２１を形成する。
【００４０】
ｐ型半導体層２１により非キャリア注入領域Ｘ２及び光導波路３から活性層５への電子の注入を確実に抑制することができる。従って、活性層５内のキャリア密度の不均一を抑制して特性を向上させることができる。また、ｐ型半導体層２１を用いることで、金属層２０と比べて、材料に依存せずに高抵抗を実現することができる。
【００４１】
実施の形態６．
図２１は、本発明の実施の形態６に係る光半導体素子を示す断面図である。ｎ型電極１２を形成しない非キャリア注入領域Ｘ２及び光導波路３において、ｎ型ＩｎＰ基板１の一部が厚さ方向に除去されてｎ型ＩｎＰ基板１の下面に凹部２２が形成されている。例えば、部分的に形成したレジストをマスクとして用いたイオンミリングなどによりｎ型ＩｎＰ基板１の一部を除去する。
【００４２】
実施の形態１の構造では、非キャリア注入領域Ｘ２及び光導波路３においてｎ型ＩｎＰ基板１の下面がパッケージと接触して電子が注入される場合がある。これに対して、凹部２２を形成することでパッケージから隔離されるため、非キャリア注入領域Ｘ２及び光導波路３における電子の注入を確実に抑制して、活性層５内のキャリア密度の不均一を抑制して特性を向上させることができる。その他の構成及び効果は実施の形態１と同様である。
【００４３】
実施の形態７．
図２２は、本発明の実施の形態７に係る光半導体素子を示す断面図である。実施の形態１とは異なり、ｎ型電極１２がｎ型ＩｎＰ基板１の下面全面に設けられている。光導波路３は、コア層９の下方に設けられ、ｎ型ＩｎＰ基板１の下面に接しないｐ型半導体層２３を有する。ｐ型半導体層２３の半導体レーザ２側の先端は、バットジョイント部から距離Ｘ３だけ離れている。このＸ３は光導波路３側にプラス、半導体レーザ２側にマイナスとして、０μｍから２μｍの範囲が望ましい。また、ｐ型半導体層２３の上面から活性層５の下面までの距離Ｘ４は−３μｍから−５μｍの範囲が望ましい。これらの距離Ｘ３，Ｘ４は電子の注入制御の効果を考慮して設定する。例えば、コア層９の成長前にｐ型半導体層２３を部分的に選択成長して形成する。また、ｐ型半導体層２３を実施の形態４のようにＺｎの固相拡散で形成してもよい。
【００４４】
コア層９の下方に設けられたｐ型半導体層２３により光導波路３から活性層５への電子の注入を抑制することができる。従って、活性層５内のキャリア密度の不均一を抑制して特性を向上させることができる。また、ｎ型ＩｎＰ基板１の下面に接しない内部構造としてｐ型半導体層２３を形成することで、パッケージとの接合強度の低下と光半導体素子に発生する熱応力分布による特性低下を回避できる。
【００４５】
なお、ｐ型半導体層２３の半導体レーザ２側の先端がバットジョイント部に一致するＸ３＝０μｍであることが好ましい。しかし、ｐ型半導体層２３が半導体レーザ２の活性層５の下方まで延びると、むしろ活性層５での部分的な電子密度の上昇が発生する。
【００４６】
図２３は、距離Ｘ３と電子密度最大値との関係を計算した結果を示す図である。図２４は、距離Ｘ４と電子密度最大値との関係を計算した結果を示す図である。それぞれ図１４と同様に活性層５内の電子密度の最大値とその位置が示されている。これらの図から、本実施の形態により電子密度の最大値を従来構造の５０％程度まで低減できることが分かる。これにより特性の低下を防ぐことができる。
【００４７】
なお、実施の形態１〜７にかかる半導体光素子は、半導体レーザ２と光導波路３が集積された光導波路集積型半導体光素子である。しかし、本発明はこれに限られない。光変調器又は光増幅器などの光能動素子と光導波路とが隣接して集積された構成にも、実施の形態１〜７に係る構成を組み合わせることができる。また、製造方法及び使用する材料は実施の形態１〜７で示したものに限られず、同様の効果が得られれば構成及び製造方法は必ずしも上述の内容に限定されない。また、実施の形態１〜７を組み合わせた構造、例えば、実施の形態１と実施の形態７を組み合わせることも有効である。図２５は、本発明の実施の形態１＋７と従来構成の効果の違いを示す図である。このように実施の形態１＋７は従来構造に比べて電子密度の最大値を３０％程度まで低減可能であり、高い効果が認められる。
【００４８】
また、ｐ型電極１１は光半導体素子の導電性ＩｎＰ層７の上部全面に形成されているが、これに限らず、本発明における効果への影響がない範囲で導電性ＩｎＰ層７の一部に形成してもよい。さらに、ｎ型電極１２から実効的にキャリア注入が行われない領域が基板下面に設けられている実施の形態２〜５の構造では、本発明の効果が妨げられない範囲でそれらの領域にｎ型電極１２を形成してもよい。
【００４９】
また、実施の形態１〜７では、メサストライプの両側が電流狭窄層で埋め込まれた構造の例を示したが、これに限らず本発明は電流狭窄層を用いないリッジ型の構造にも適用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１  ｎ型半導体基板、２  半導体レーザ、３  光導波路、４  ｎ型クラッド層、５  活性層、６  ｐ型クラッド層、９  コア層、１０  クラッド層、１２  ｎ型電極、１８  絶縁体、１９  金属酸化膜、２０  金属層、２１，２３  ｐ型半導体層、２２  凹部、Ｘ１  キャリア注入領域、Ｘ２  非キャリア注入領域
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年7月14日(2017.7.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型半導体基板と、前記ｎ型半導体基板の上に順に積層されたｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層とを有する半導体レーザと、
前記ｎ型半導体基板の上であって前記半導体レーザの光出力側に設けられ、不純物がドーピングされず前記活性層よりも禁制帯幅の大きなコア層と、前記コア層の上に設けられ前記ｐ型クラッド層よりもキャリア濃度が低いクラッド層とを有する光導波路と、
電極とを備え、
前記半導体レーザは、キャリア注入領域と、前記キャリア注入領域と前記光導波路との間に設けられた非キャリア注入領域とを有し、
前記電極は、前記ｎ型半導体基板の下面において前記キャリア注入領域に設けられ、前記非キャリア注入領域及び前記光導波路には設けられていないことを特徴とする光半導体素子。
【請求項２】
前記非キャリア注入領域及び前記光導波路において前記ｎ型半導体基板の前記下面に設けられた絶縁体を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の光半導体素子。
【請求項３】
前記非キャリア注入領域及び前記光導波路において前記ｎ型半導体基板の前記下面に設けられた金属酸化膜を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の光半導体素子。
【請求項４】
前記非キャリア注入領域及び前記光導波路において前記ｎ型半導体基板の前記下面にショットキー接合された金属層を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の光半導体素子。
【請求項５】
前記非キャリア注入領域及び前記光導波路において前記ｎ型半導体基板の前記下面に設けられたｐ型半導体層を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の光半導体素子。
【請求項６】
前記半導体レーザ及び前記光導波路において前記ｎ型半導体基板の前記下面が平坦であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の光半導体素子。
【請求項７】
前記非キャリア注入領域及び前記光導波路において前記ｎ型半導体基板の前記下面に凹部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光半導体素子。
【請求項８】
ｎ型半導体基板と、前記ｎ型半導体基板の上に順に積層されたｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層とを有する半導体レーザと、
前記ｎ型半導体基板の上であって前記半導体レーザの光出力側に設けられ、不純物がドーピングされず前記活性層よりも禁制帯幅の大きなコア層と、前記コア層の上に設けられ前記ｐ型クラッド層よりもキャリア濃度が低いクラッド層と、前記コア層の下方に設けられ前記ｎ型半導体基板の下面に接しないｐ型半導体層とを有する光導波路とを備えることを特徴とする光半導体素子。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明に係る光半導体素子は、ｎ型半導体基板と、前記ｎ型半導体基板の上に順に積層されたｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層とを有する半導体レーザと、前記ｎ型半導体基板の上であって前記半導体レーザの光出力側に設けられ、不純物がドーピングされず前記活性層よりも禁制帯幅の大きなコア層と、前記コア層の上に設けられ前記ｐ型クラッド層よりもキャリア濃度が低いクラッド層とを有する光導波路と、電極とを備え、前記半導体レーザは、キャリア注入領域と、前記キャリア注入領域と前記光導波路との間に設けられた非キャリア注入領域とを有し、前記電極は、前記ｎ型半導体基板の下面において前記キャリア注入領域に設けられ、前記非キャリア注入領域及び前記光導波路には設けられていないことを特徴とする。
【国際調査報告】
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