(57)【要約】【課題】リッジ導波路のメサ幅を高精度に制御する。【解決手段】半導体基板上に設けられたコア層と、コア層の上方に突出するリッジ型の導波路を備え、導波路は、コア層の上方に設けられたメサ状の第１クラッド層と、第１クラッド層上に設けられた第１エッチングストップ層と、第１エッチングストップ層上に設けられ、第１クラッド層と同一の組成を有する第２クラッド層とを有し、第１エッチングストップ層は、第１クラッド層及び第２クラッド層を化学エッチングするエッチャントでエッチングされない半導体光素子を提供する。【選択図】図１
2013025208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に設けられたコア層と、
前記コア層の上方に突出するリッジ型の導波路を備え、
前記導波路は、前記コア層の上方に設けられたメサ状の第１クラッド層と、
前記第１クラッド層上に設けられた第１エッチングストップ層と、
前記第１エッチングストップ層上に設けられ、前記第１クラッド層と同一の組成を有する第２クラッド層と
を有し、
前記第１エッチングストップ層は、前記第１クラッド層及び前記第２クラッド層を化学エッチングするエッチャントでエッチングされない半導体光素子。
【請求項２】
前記第１クラッド層及び前記第２クラッド層の少なくとも１つは、面方位がそれぞれ異なる複数の領域を側面に有する請求項１に記載の半導体光素子。
【請求項３】
前記第１クラッド層及び前記第２クラッド層の少なくとも１つは、面方位が連続的に変化する複数の領域を側面に有する請求項１又は２に記載の半導体光素子。
【請求項４】
前記第１クラッド層は、前記第２クラッド層よりも小さな厚みを有する請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体光素子。
【請求項５】
前記第１クラッド層が前記第１エッチングストップ層に接する面の面積は、前記第１クラッド層が前記第１エッチングストップ層に接する面の反対面の面積よりも大きい請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体光素子。
【請求項６】
前記コア層上に設けられたスペーサ層と、
前記スペーサ層上に設けられたベースエッチングストップ層と
をさらに備える請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体光素子。
【請求項７】
前記第１クラッド層及び前記第２クラッド層がＩｎＰであり、前記第１エッチングストップ層がＧａＩｎＡｓPである請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体光素子。
【請求項８】
前記導波路は、前記第２クラッド層上に電極コンタクト層をさらに備える請求項１から７のいずれか一項に記載の半導体光素子。
【請求項９】
前記導波路は、前記第２クラッド層上に設けられた第２エッチングストップ層と、
前記第２エッチングストップ層上に設けられた第３クラッド層と
をさらに有する請求項１から７のいずれか一項に記載の半導体光素子。
【請求項１０】
前記第１エッチングストップ層及び前記第２エッチングストップ層はＧａＩｎＡｓＰであり、前記第１エッチングストップ層のＧａＡｓの含有率は、前記第２エッチングストップ層のＧａＡｓの含有率よりも小さい請求項９に記載の半導体光素子。
【請求項１１】
前記導波路は、前記半導体基板の主面と平行な面における方向が異なる複数のサブ導波路を有し、前記複数のサブ導波路は、それぞれのサブ導波路の方向に応じた数のエッチングストップ層を有する請求項１から１０のいずれか一項に記載の半導体光素子。
【請求項１２】
半導体基板上にコア層を形成する段階と、
前記コア層の上方に突出するリッジ型の導波路を形成する段階と
を備え、
前記導波路を形成する段階は、
前記コア層の上方にメサ状の第１クラッド層を形成する段階と、
前記第１クラッド層上に第１エッチングストップ層を形成する段階と、
前記第１エッチングストップ層上に、前記第１クラッド層と同一の組成を有する第２クラッド層を形成する段階と、
前記第１エッチングストップ層が化学エッチングされないエッチャントにより、前記第１クラッド層及び前記第２クラッド層をエッチングする段階と
を有する半導体光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記導波路を形成する段階は、
前記第１クラッド層の少なくとも一部の領域がエッチングされるまでの間、前記第１クラッド層及び前記第２クラッド層を物理作用を含むエッチングによりエッチングする段階と、
前記物理作用を含むエッチングによりエッチングする段階の後に、前記第１クラッド層及び前記第２クラッド層を化学エッチングによりエッチングする段階と
をさらに有する請求項１２に記載の半導体光素子の製造方法。
【請求項１４】
前記導波路を形成する段階は、前記半導体基板の主面と平行な面における方向が異なる複数のサブ導波路を形成する段階を有し、
前記複数のサブ導波路を形成する段階においては、
前記複数のサブ導波路のうち第１サブ導波路を形成した後に、前記複数のサブ導波路のうちの前記第１サブ導波路と異なる第２サブ導波路を形成する請求項１２又は１３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、半導体光素子及び半導体光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体光素子の導波路として、ローメサリッジ導波路が知られている。ローメサリッジ導波路においては、主に、活性層を含む高屈折率のスラブ導波路によって平面内に光が閉じ込められ、スラブ導波路の上方に形成された高屈折率のメサがチャネル導波路として動作する（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１  特開２００８−０１０４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ローメサリッジ導波路は、エピタキシャル成長により形成した半導体の多層構造上にフォトリソグラフィーによりマスクを形成した後に、エッチングを施すことにより、メサ形状に形成することができる。半導体の多層構造のエッチングには、ドライエッチングである反応性イオンエッチング、及び、酸溶液によるウェットエッチングを利用することができる。
【０００４】
反応性イオンエッチングは物理作用及び化学作用を併用したエッチング法である。反応性イオンエッチングは、結晶の面方位に依存しないので垂直性が良好なエッチングである。しかし、反応性イオンエッチングに対して選択性が良好なエッチストップ層材料が存在しない。このため、反応性イオンエッチングにおいてはエッチング時間によってエッチング深さを制御しなければならず、エッチング深さを精度よく制御することは難しい。
【０００５】
他方、ウェットエッチングを用いる場合には、エッチャント(エッチング液)によっては選択性の優れたエッチストップ層材料が存在する。エッチングする半導体層の底面にエッチングストップ層を設けることで、エッチングを停止させる位置を精度よく制御することができる。
【０００６】
しかしながら、ウェットエッチングにおいては、エッチングする結晶の面方位に応じてエッチング速度が異なる。その結果、ウェットエッチングした面の垂直性は、エッチングする結晶の面方位に依存する。例えば、結晶の面方位によっては、エッチング後のリッジ導波路が逆メサ形状になるが、メサ側面の傾斜角度がリッジの方向に依存するので、メサ底面の幅を制御することが困難であった。また、領域によって異なる面方位を有する曲げ導波路においては、エッチング後のメサ形状が領域によって異なるので、曲げ導波路のメサ幅にばらつきが生じるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様においては、半導体基板上に設けられたコア層と、コア層の上方に突出するリッジ型の導波路を備え、導波路は、コア層の上方に設けられたメサ状の第１クラッド層と、第１クラッド層上に設けられた第１エッチングストップ層と、第１エッチングストップ層上に設けられ、第１クラッド層と同一の組成を有する第２クラッド層とを有し、第１エッチングストップ層は、第１クラッド層及び第２クラッド層を化学エッチングするエッチャントでエッチングされない半導体光素子を提供する。
【０００８】
上記の半導体光素子において、一例として、第１クラッド層及び第２クラッド層の少なくとも１つは、面方位がそれぞれ異なる複数の領域を側面に有する。第１クラッド層及び第２クラッド層の少なくとも１つは、面方位が連続的に変化する複数の領域を側面に有してもよい。例えば、第１クラッド層は、第２クラッド層よりも小さな厚みを有する。また、例えば、第１クラッド層が第１エッチングストップ層に接する面の面積は、第１クラッド層が第１エッチングストップ層に接する面の反対面の面積よりも大きい。
【０００９】
上記の半導体光素子は、コア層上に設けられたスペーサ層と、スペーサ層上に設けられたベースエッチングストップ層とをさらに備えてもよい。一例として、第１クラッド層及び第２クラッド層はＩｎＰであり、第１エッチングストップ層はＧａＩｎＡｓPである。導波路は、第２クラッド層上に電極コンタクト層をさらに備えてもよい。導波路は、第２クラッド層上に設けられた第２エッチングストップ層と、第２エッチングストップ層上に設けられた第３クラッド層とをさらに有してもよい。一例として、第１エッチングストップ層は、第２エッチングストップ層のＧａＡｓの含有率よりも小さな含有率のＧａＡｓを含む。
【００１０】
導波路は、半導体基板の主面と平行な面における方向が異なる複数のサブ導波路を有し、複数のサブ導波路は、それぞれのサブ導波路の方向に応じた数のエッチングストップ層を有してもよい。
【００１１】
本発明の第２の態様においては、半導体基板上にコア層を形成する段階と、コア層の上方に突出するリッジ型の導波路を形成する段階とを備え、導波路を形成する段階は、コア層の上方にメサ状の第１クラッド層を形成する段階と、第１クラッド層上に第１エッチングストップ層を形成する段階と、第１エッチングストップ層上に、第１クラッド層と同一の組成を有する第２クラッド層を形成する段階と、第１エッチングストップ層が化学エッチングされないエッチャントにより、第１クラッド層及び第２クラッド層をエッチングする段階とを有する半導体光素子の製造方法を提供する。
【００１２】
上記の半導体光素子の製造方法においては、導波路を形成する段階は、第１クラッド層の少なくとも一部の領域がエッチングされるまでの間、第１クラッド層及び第２クラッド層を物理作用を含むエッチングによりエッチングする段階と、物理作用を含むエッチングによりエッチングする段階の後に、第１クラッド層及び第２クラッド層を化学エッチングによりエッチングする段階とをさらに有してもよい。導波路を形成する段階は、半導体基板の主面と平行な面における方向が異なる複数のサブ導波路を形成する段階を有し、複数のサブ導波路を形成する段階においては、複数のサブ導波路のうち第１サブ導波路を形成した後に、複数のサブ導波路のうちの第１サブ導波路と異なる第２サブ導波路を形成してもよい。
【００１３】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体光素子の構成例を示す。
【図２Ａ】半導体光素子を有する光変調器の構成例を示す。
【図２Ｂ】曲り導波路の上面視図の一例を示す。
【図２Ｃ】曲り導波路の上面視図の他の例を示す。
【図３Ａ】他の実施形態に係る半導体光素子の断面を示す。
【図３Ｂ】他の実施形態に係る半導体光素子の断面の他の例を示す。
【図４】半導体光素子の製造過程における断面の一例を示す。
【図５】半導体光素子の製造過程における断面の他の例を示す。
【図６】他の実施形態に係る半導体レーザの構成例を示す。
【図７】半導体レーザの製造工程におけるＡ−Ａ断面の一例を示す。
【図８】半導体レーザにおける光増幅器の短手方向における断面を示す。
【図９】半導体レーザにおける導波路の短手方向における断面を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係る半導体光素子１００の構成例を示す。半導体光素子１００は、ベース基板１１０、ベース基板１１０上に設けられたコア層１２０、及び、コア層１２０の上方に突出するリッジ型のクラッド層２１０を備える。半導体光素子１００は、コア層１２０とクラッド層２１０との間に、スペーサ層１３０及びベースエッチングストップ層１４０をさらに備えてもよい。クラッド層２１０は、第１クラッド層２２０、第１エッチングストップ層２３０及び第２クラッド層２２２を有する。第２クラッド層２２２の上面には、コンタクト層が形成されてよい。
【００１７】
ベース基板１１０はＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体である。ベース基板１１０は、例えばＩｎＰである。ベース基板１１０は、ｎ型のドーパントを有してよい。
【００１８】
コア層１２０は光を導波する。コア層１２０は、例えば多重量子井戸層である。コア層１２０は、例えばｉ−ＧａＩｎＡｓＰからなる複数の層を有する。スペーサ層１３０は、例えばＩｎＰである。スペーサ層１３０はｐ型のドーパントを有してよい。第１クラッド層２２０及び第２クラッド層２２２は、例えばＩｎＰである。第１クラッド層２２０及び第１クラッド層２２０はｐ型のドーパントを有してよい。
【００１９】
クラッド層２１０は、ウェットエッチングにより形成される。ベースエッチングストップ層１４０及び第１エッチングストップ層２３０は、第１クラッド層２２０及び第２クラッド層２２２をウェットエッチングするエッチャントによってエッチングされない。ベースエッチングストップ層１４０及び第１エッチングストップ層２３０は、例えばＧａＩｎＡｓPである。また、エッチャントは、例えば塩酸(ＨＣｌ)と燐酸(Ｈ３ＰＯ４)を１：３の比率で混合した溶液である。
【００２０】
ここで、「Ａがエッチングされない」とは、Ａがエッチングされる速度が、第１クラッド層２２０及び第２クラッド層２２２がエッチングされる速度に比べて十分に小さい場合を含む。例えば、Ａがエッチングされる速度が、第１クラッド層２２０及び第２クラッド層２２２がエッチングされる速度に比べて１０倍程度の大きさの場合には、Ａはエッチングされないとしてよい。
【００２１】
リッジ型の半導体層を垂直方向にウェットエッチングする場合には、リッジ側面の傾斜角度αは、ベース基板１１０と平行な面内におけるリッジストライプの方向に依存する。例えば、（１００）基板上に＜０１１＞方向のリッジストライプを形成する場合において、ＩｎＰのクラッド層２１０に対して塩酸と燐酸の混合液のエッチャントを用いると、（０１−１）面に近い垂直なリッジ側面を形成できる。これに対し、リッジストライプの方向が＜０１１＞から傾くほど、傾斜角度αの大きい逆メサ形状のクラッド層２１０が形成される。
【００２２】
同一の面方位においては、水平方向のエッチングにより生じる側面の傾斜角は一定なので、エッチングされる半導体層の厚みが大きいほど、クラッド層２１０の最上面と最下面の水平方向における長さの差（図１におけるｄ）が大きくなる。半導体光素子１００においては、第１エッチングストップ層２３０を設けて、クラッド層２１０を第１クラッド層２２０および第２クラッド層２２２に分割しているので、当該長さの差ｄを、クラッド層２１０の厚みではなく、第１クラッド層２２０の厚みで定めることができる。
【００２３】
つまり、クラッド層２１０が、第１クラッド層２２０と第２クラッド層２２２との間に第１エッチングストップ層２３０を有する場合には、第１クラッド層２２０及び第２クラッド層２２２のそれぞれの厚みは、クラッド層２１０が第１エッチングストップ層２３０を有しない場合のクラッド層２１０の厚みよりも小さい。したがって、第１クラッド層２２０及び第２クラッド層２２２をウェットエッチングした場合に生じる、第１クラッド層２２０及び第２クラッド層２２２のそれぞれの最上面の面積と最下面の面積との差は、第１エッチングストップ層２３０を有しない場合のクラッド層２１０の最上面の面積と最下面の面積との差よりも小さい。このため、第１エッチングストップ層２３０を設けない場合に比べ、当該長さの差ｄを小さくすることができる。従って、メサ幅を精度よく制御することができる。また、リッジストライプの方向による、メサ幅のばらつきを小さくすることができる。
【００２４】
また、クラッド層２１０の最上面の面積と最下面の面積との差が大きければ大きいほど、半導体層の側面と当該半導体層の下面が接する半導体との間の接点における機械的強度が低下するという問題も生じる。これに対し、半導体光素子１００によれば、クラッド層２１０の最上面の面積と最下面の面積との差を小さくできるので、機械的強度を維持できる。
【００２５】
なお、第１クラッド層２２０が第１エッチングストップ層２３０に接する面の面積は、第１クラッド層２２０が第１エッチングストップ層２３０に接する面の反対面の面積よりも大きい。また、第２クラッド層２２２の上面の面積は、第２クラッド層２２２が第１エッチングストップ層２３０に接する面の面積よりも大きい。また、第１クラッド層２２０および第２クラッド層２２２の厚さは同一であってよい。さらに好適には、第１クラッド層２２０は、第２クラッド層２２２より薄くてもよい。第１クラッド層２２０の厚みを小さくすることで、長さの差ｄをさらに小さくすることができる。
【００２６】
図２Ａは、半導体光素子１００を有する光変調器２００の構成例を示す。光変調器２００は、例えばマッハツェンダー型半導体光変調器である。光変調器２００は、導波路３０４、ＭＭＩカプラ３０５、導波路３０８−１、導波路３０８−２、曲り導波路３０６−１、曲り導波路３０６−２、位相変調アーム３１０−１、位相変調アーム３１０−２、制御部３１２、導波路３０８−３、導波路３０８−４、曲り導波路３０６−３、曲り導波路３０６−４、ＭＭＩカプラ３１４及び導波路３１６を備える。
【００２７】
入射口３０２に入射された光は、導波路３０４を経由してＭＭＩカプラ３０５に入力される。ＭＭＩカプラ３０５は、導波路３０４から受けた光を分岐して、曲り導波路３０６−１及び曲り導波路３０６−２のそれぞれに入力する。曲り導波路３０６−１は、ＭＭＩカプラ３０５から受けた光を導波して導波路３０８−１に入力する。曲り導波路３０６−２は、ＭＭＩカプラ３０５から受けた光を導波して導波路３０８−２に入力する。
【００２８】
導波路３０８−１及び導波路３０８−２が出力する光は、それぞれ位相変調アーム３１０−１及び位相変調アーム３１０−２を経由して導波路３０８−３及び導波路３０８−４に入力される。導波路３０８−３は、位相変調アーム３１０−１から受けた光を曲り導波路３０６−３に入力する。導波路３０８−４は、位相変調アーム３１０−２から受けた光を曲り導波路３０６−４に入力する。ＭＭＩカプラ３０５−２は、曲り導波路３０６−３及び曲り導波路３０６−４から受けた光を合波して、導波路３１６を経由して出射口３１８から出力する。
【００２９】
制御部３１２は、位相変調アーム３１０における位相変調を制御する。例えば制御部３１２は、位相変調アーム３１０に与える電界または熱量を調整して、位相変調アーム３１０における屈折率を制御する。
【００３０】
曲り導波路３０６−１、曲り導波路３０６−２、曲り導波路３０６−３及び曲り導波路３０６−４のそれぞれは、曲線状の領域を有している。曲り導波路３０６−１、曲り導波路３０６−２、曲り導波路３０６−３及び曲り導波路３０６−４のそれぞれは、例えばＳ字状である。一例として、曲り導波路３０６−１は、導波路３０８−１との接続部における側面の面方位が＜０１１＞であり、曲り導波路３０６−１の中央部における側面の面方位は＜０１１＞から傾いている。
【００３１】
図２Ｂは、曲り導波路３０６−１の上面視図の一例を示す。図２Ａにおいて、曲り導波路３０６−１は、面方位がそれぞれ異なる複数の領域を側面に有する。具体的には、曲り導波路３０６−１は、図１に示したベース基板１１０の主面と平行な面における方向が異なる複数のサブ導波路を有する。図２Ａにおける曲り導波路３０６−１は、サブ導波路３２０、サブ導波路３３０及びサブ導波路３４０を有する。
【００３２】
サブ導波路３２０及びサブ導波路３４０は、同一の面方位を有する。しかし、サブ導波路３３０の側面の面方位は、サブ導波路３２０及びサブ導波路３４０の側面の面方位と異なる。このように、曲り導波路３０６−３が、面方位がそれぞれ異なる複数の領域を側面に有する場合であっても、曲り導波路３０６−３が、図１に示した第１クラッド層２２０と第２クラッド層２２２との間に第１エッチングストップ層２３０を有していれば、それぞれの領域における側面の垂直性のばらつきを抑制することができる。
【００３３】
サブ導波路３２０、サブ導波路３３０及びサブ導波路３４０のそれぞれは、導波路のストライプ方向に応じた数のエッチングストップ層を有してもよい。例えば、ストライプ方向と＜０１１＞方向との差がより大きいサブ導波路は、より多くのエッチングストップ層を有してよい。つまり、リッジ側面の傾斜αが大きいサブ導波路ほど、多くのエッチングストップ層を有してよい。
【００３４】
図２Ｃは、導波路３０６−１の上面視図の他の例を示す。曲り導波路３０６−３においては、図１に示した第１クラッド層２２０及び第２クラッド層２２２の少なくとも１つが、面方位が連続的に変化する複数の領域を側面に有する。このように、面方位が連続的に変化する場合であっても、第１クラッド層２２０と第２クラッド層２２２との間に第１エッチングストップ層２３０を有していれば、曲り導波路３０６−３における任意の複数の領域におけるそれぞれの側面の垂直性のばらつきを抑制することができる。
【００３５】
図３Ａは、他の実施形態に係る半導体光素子３００の断面を示す。半導体光素子３００におけるクラッド層２１０は、図１に示したクラッド層２１０に対して第２エッチングストップ層２３２、第３クラッド層２２４及びコンタクト層２４０をさらに有する。第２エッチングストップ層２３２は、第２クラッド層２２２上に設けられている。第３クラッド層２２４は、第２エッチングストップ層２３２上に設けられている。コンタクト層２４０は第３クラッド層２２４上に設けられている。コンタクト層２４０には、電極を設けることができる。
【００３６】
一例として、第１クラッド層２２０は、第２クラッド層２２２よりも小さな厚みを有する。第２クラッド層２２２は、第３クラッド層２２４よりも小さな厚みを有してもよい。また、第１エッチングストップ層２３０は、第２エッチングストップ層２３２のＧａ及びＡｓの含有率よりも小さな含有率のＧａ及びＡｓを含んでよい。
【００３７】
図３Ｂは、他の実施形態に係る半導体光素子３００の断面の他の例を示す。図３Ｂにおける半導体光素子３００におけるクラッド層２１０のストライプ方向は、図３Ａに示した半導体光素子３００におけるクラッド層２１０のストライプ方向と異なる。図３Ｂの半導体光素子３００は、図３Ａに示した半導体光素子３００に比べて、第１クラッド層２２０、第２クラッド層２２２及び第３クラッド層２２４における側面の傾斜角が大きい。図３Ａおよび図３Ｂに示すように、クラッド層２１０の側面の傾斜角の差が大きい場合であっても、複数のエッチングストップ層を設けることで、メサ幅のばらつきを低減することができる。
【００３８】
図４は、半導体光素子３００の製造過程における断面の一例を示す。図４を用いて、半導体光素子３００を製造する方法を説明する。まず、ＭＯＣＶＤ法などの結晶成長法によって、ベース基板１１０上にバッファ層１１２、コア層１２０、スペーサ層１３０、ベースエッチングストップ層１４０、第１クラッド層１５０、第１エッチングストップ層１６０、第２クラッド層１５２、第２エッチングストップ層１６２、第３クラッド層１５４及びコンタクト層１７０を、この順に積層する。
【００３９】
ベース基板１１０は、例えばｎ−ＩｎＰからなる基板である。バッファ層１１２はｎ−ＩｎＰからなる。コア層１２０は、多層のｉ−ＧａＩｎＡｓＰからなる多重量子井戸層である。スペーサ層１３０は、ｐ−ＩｎＰからなり、例えば１５０ｎｍの厚みを有する。ベースエッチングストップ層１４０は、ｐ−ＧａＩｎＡｓＰからなり、例えば２０ｎｍの厚みを有する。
【００４０】
第１クラッド層１５０は、ｐ−ＩｎＰからなり、例えば６００ｎｍの厚みを有する。第１エッチングストップ層１６０は、ｐ−ＧａＩｎＡｓＰからなり、例えば２０ｎｍの厚みを有する。第２クラッド層１５２は、ｐ−ＩｎＰからなり、例えば６００ｎｍの厚みを有する。第２エッチングストップ層１６２は、ｐ−ＧａＩｎＡｓＰからなり、例えば２０ｎｍの厚みを有する。
【００４１】
第３クラッド層１５４は、ｐ−ＩｎＰからなり、例えば６００ｎｍの厚みを有する。コンタクト層１７０は、ＧａＩｎＡｓからなり、例えば２００ｎｍの厚みを有する。ベースエッチングストップ層１４０、第１エッチングストップ層１６０及び第２エッチングストップ層１６２は、いずれも組成波長が１．１μｍである。
【００４２】
図５は、半導体光素子３００の製造過程における断面の他の例を示す。図４に基づいて説明した工程に続いて、例えばＰＣＶＤ法によって絶縁層１８０を成膜する。フォトリソグラフィーを施した後に反応性イオンエッチングをすることにより、成膜した絶縁層１８０に導波路パターンを形成する。絶縁層１８０は、例えばＳｉＮｘである。当該導波路パターンは、半導体光素子１００における直線部分のストライプの方向が＜０１１＞方向になるように形成してよい。
【００４３】
次に、導波路パターンが形成された絶縁層１８０をマスクとして、コンタクト層１７０から第１エッチングストップ層１６０を貫通して第１クラッド層１５０に達する深さまでの層を、物理作用を含むエッチングにより除去する。物理作用を含むエッチングは、物理作用のみによるエッチングであっても，物理作用と化学作用を共に用いたエッチングであってもよい。物理作用を含むエッチングとして、例えばドライエッチングの一種である反応性イオンエッチングを用いることができる。反応性イオンエッチングは物理作用と化学作用を共に用いたエッチングである。反応性イオンエッチングは物理作用を含むので、材料の選択性が小さく第２エッチングストップ層１６２、第１エッチングストップ層１６０も良好にエッチングすることができる。
【００４４】
エッチングを開始してからエッチングを停止するまでの時間を制御することによって、第１クラッド層１５０の途中までエッチングされた状態でエッチングを停止する。エッチングを停止する位置は、第１エッチングストップ層１６０よりも下であり、かつ、ベースエッチングストップ層１４０よりも上である。本実施形態においては、第１クラッド層１５０の厚みが６００ｎｍなので、ドライエッチングの作製精度は、導波路の形成に要求される作製精度に比べて約１０倍緩和された６００ｎｍでよい。
【００４５】
次に、塩酸(ＨＣｌ)と燐酸(Ｈ３ＰＯ４)を１：３の比率で混合した溶液をエッチャントとして、図５に示した構造体をウェットエッチングする。当該エッチャントはＩｎＰとＧａＩｎＡｓＰの間に選択性があり、ＧａＩｎＡｓＰをエッチングしない。したがって、ベースエッチングストップ層１４０よりも下側の層においてはエッチングが進まない。また、第３クラッド層１５４と第２クラッド層１５２との間に第１エッチングストップ層１６０があり、第２クラッド層１５２と第１クラッド層１５０との間に第２エッチングストップ層１６２があるので、第３クラッド層１５４、第２クラッド層１５２及び１５０の側面は、コンタクト層１７０、第２エッチングストップ層１６２及び第１エッチングストップ層１６０の端部を起点として、ストライプの方向に応じた傾斜角度で形成される。
【００４６】
以上の手順により、図３Ａ及び図３Ｂに示した半導体光素子３００を製造することができる。図３Ａ及び図３Ｂに示したいずれの半導体光素子３００においても、深さ方向のエッチングは、ベースエッチングストップ層１４０により停止している。半導体光素子３００は、メサストライプである第１クラッド層１５０、第２クラッド層１５２及び第３クラッド層１５４の間に、第１エッチングストップ層１６０及び第２エッチングストップ層１６２を有する。したがって、半導体光素子３００においては、第１エッチングストップ層１６０及び第２エッチングストップ層１６２がない場合に比べて、リッジ幅のばらつきが小さい。
【００４７】
リッジ導波路が形成された後は、パッシベーション膜及び電極を公知の技術によって形成し、劈開によって素子を切り出して端面をコーティングすることで半導体光変調器の素子が完成する。完成した素子は、スペーサ層１３０の残し厚およびメサ幅が高い精度で作製された、単一モードで、損失の小さい導波路を有するので、良好な素子特性を有する。
【００４８】
ＡｌＧａＩｎＡｓは酸化されやすい材料である。上記の製造方法によれば、製造工程において活性層が露出しないので、酸化されていない活性層を有する半導体光素子３００を形成することができる。
【００４９】
図６は、他の実施形態に係る半導体レーザ６００の構成例を示す。半導体レーザ６００は、導波路６１０、レーザアレイ６２０、ＭＭＩカプラ６３０及び光増幅器６４０が集積化された半導体光素子である。半導体レーザ６００は、複数（ｎ本）の導波路６１０及び複数（ｎ本）のレーザアレイ６２０（ただし、ｎは整数）を有する。
【００５０】
複数のレーザアレイ６２０のそれぞれは、異なる発光波長を有する。半導体レーザ６００は、異なる発光波長を有する複数のレーザアレイ６２０が出力する光のうちの１つを選択することにより、単一のレーザアレイが出力できる光よりも広い範囲の波長域において変化する光を出力することができる。
【００５１】
レーザアレイ６２０が出力したレーザ光は、導波路６１０を経由してＭＭＩカプラ６３０に入力される。光増幅器６４０は、ＭＭＩカプラ６３０から入力されたレーザ光を増幅することにより、ＭＭＩカプラ６３０における損失を補償して、単一の出射導波路からレーザ光を出射する。導波路６１０は、ローメサリッジ導波路であり、レーザアレイ６２０とＭＭＩカプラ６３０との間において曲線状の領域を有する。
【００５２】
図７は、半導体レーザ６００の製造工程におけるＡ−Ａ断面の一例を示す。図の左から、レーザアレイ６２０が形成される領域Ａ、導波路６１０が形成される領域Ｂ、ＭＭＩカプラ６３０が形成される領域Ｃ、光増幅器６４０が形成される領域Ｄに分かれている。半導体レーザ６００の製造工程においては、まず、例えばＭＯＣＶＤ法によって、ベース基板７１０上に、バッファ層７１２、下部ＳＣＨ層７１４、活性層７１６、上部ＳＣＨ層７１８、スペーサ層７２０、エッチングストップ層７２２及びクラッド層７２４をこの順に積層する。
【００５３】
ベース基板７１０は、例えばｎ−ＩｎＰ基板である。バッファ層７１２は、例えばｎ−ＩｎＰからなる。下部ＳＣＨ層７１４は、例えばＡｌＧａＩｎＡｓからなる。活性層７１６は、ＡｌＧａＩｎＡｓからなる多重量子井戸である。上部ＳＣＨ層７１８は、例えばＡｌＧａＩｎＡｓからなる。スペーサ層７２０は、例えばｐ−ＩｎＰからなる。エッチングストップ層７２２は、例えばｐ−ＧａＩｎＡｓＰである。クラッド層７２４は、ＧａＩｎＡｓＰグレーディング層を含むｐ−ＩｎＰである。
【００５４】
次に、クラッド層７２４の全面に絶縁膜を堆積する。絶縁膜は、例えばＳｉＮｘである。続いて、レーザアレイ６２０−１からレーザアレイ６２０−ｎのそれぞれを形成する位置に、レーザアレイ６２０−１からレーザアレイ６２０−ｎが互いに周期の異なる回折格子のパターンを有するように、絶縁膜をパターニングする。パターニングした絶縁膜をマスクとして、グレーティング層７３０に回折格子を形成し、その他の領域のグレーティング層７３０を全て取り除く。
【００５５】
続いて、マスクとして用いた絶縁膜を除去した後に、ｐ−ＩｎＰ層を堆積する。ｐ−ＩｎＰ層の全面に絶縁膜を堆積した後に、フォトリソグラフィーによってレーザアレイ６２０−１からレーザアレイ６２０−ｎ及び光増幅器６４０のパターニングを行う。次に、パターニングされた絶縁膜をエッチングマスクとしてエッチングして、クラッド層７２４から活性層７１６に至るまでの層を除去する。
【００５６】
続いて、絶縁膜のマスクをＭＯＣＶＤ法による選択成長のマスクとして用いて、コア層７４０、スペーサ層７４２、エッチングストップ層７４４及びクラッド層７４６をバットジョイント成長させる。コア層７４０を３００ｎｍの厚みに成長させる。
【００５７】
次に、マスクとして用いた絶縁膜を除去した後に、全面にクラッド層７５０及びコンタクト層７６０を形成する。続いて、例えばＰＣＶＤ法によってコンタクト層７６０上に絶縁膜を成膜し、フォトリソグラフィー及び反応性イオンエッチングにより、導波路パターンを形成する。当該導波路パターンの方向は、光増幅器６４０のストライプの側面の面方位が＜０１１＞になる方向にする。
【００５８】
続いて、絶縁膜をマスクとして、反応性イオンエッチングによってコンタクト層７６０から７４４を貫通し、スペーサ層７４２に到達するまでの深さの層を除去する。エッチングが停止する位置は、エッチングストップ層７４４よりも下であり、かつ、コア層７４０及びスペーサ層７２０よりも上であればよい。コア層７４０の厚みが３００ｎｍなので、エッチングの作製精度は３００ｎｍであればよく、導波路の作製に要求される精度よりも緩和されている。
【００５９】
次に、塩酸(ＨＣｌ)と燐酸(Ｈ３ＰＯ４)を１：３の比率で混合した溶液をエッチャントとして、ウェットエッチングする。当該エッチャントはＩｎＰとＧａＩｎＡｓＰの間に選択性があり、ＧａＩｎＡｓＰをエッチングしない。したがって、スペーサ層７２０よりも下側の層においてはエッチングが進まない。また、クラッド層７４６とスペーサ層７４２との間にエッチングストップ層７４４があるので、クラッド層７５０及びスペーサ層７４２の側面は、コンタクト層７６０及びエッチングストップ層７４４の端部を起点として、ストライプの方向に応じた傾斜角度で形成される。
【００６０】
図８は、上記の工程により製造された半導体レーザ６００における光増幅器６４０の短手方向における断面を示す。光増幅器６４０は、ストライプの方向が＜０１１＞なので、ウェットエッチングによってスペーサ層７４２及びクラッド層７５０は除去されない。したがって、スペーサ層７４２及びクラッド層７５０の側面は、エッチングストップ層７２２の表面に対してほぼ垂直である。
【００６１】
図９は、上記の工程により製造された半導体レーザ６００における導波路６１０の短手方向における断面を示す。導波路６１０は、ストライプの方向が＜０１１＞と異なるので、ウェットエッチングによってスペーサ層７４２、クラッド層７４６及びクラッド層７５０の一部の領域が除去される。その結果、スペーサ層７４２、クラッド層７４６及びクラッド層７５０の側面は、積層方向に対して傾斜している。しかし、導波路６１０はエッチングストップ層７４４を有するので、リッジ幅のばらつきが小さい。
【００６２】
図８及び図９に示した導波路６１０及び光増幅器６４０を形成した後に、全面に絶縁膜を形成する。絶縁膜上に平坦化ポリマーをスピンコートし、フォトリソグラィーによってパターニングして、レーザアレイ６２０−１〜レーザアレイ６２０−ｎ、導波路６１０−１〜導波路６１０−ｎ、ＭＭＩカプラ６３０及び光増幅器６４０に相当する部分の半導体層を残す。
【００６３】
平坦化ポリマーを硬化させた後に、電極を形成する部分のみ絶縁膜を除去する。続いて、絶縁膜を除去した領域に、電極を形成する。電極は、例えばＴｉ、Ｐｔ及びＡｕである。ベース基板７１０を研磨した後に、裏面の全面にＡｕＧｅＮｉ電極を形成する。次に、ベース基板７１０を、複数の半導体レーザ６００が並んだバー状に劈開する。レーザアレイ６２０及び光増幅器６４０の端面に低反射コーティングを施した後に、それぞれの半導体レーザ６００を分離することにより、半導体レーザ６００が完成する。
【００６４】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００６５】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００６６】
１００  半導体光素子、１１０  ベース基板、１１２  バッファ層、１２０  コア層、１３０  スペーサ層、１４０  ベースエッチングストップ層、１５０  第１クラッド層、１５２  第２クラッド層、１５４  第３クラッド層、１６０  第１エッチングストップ層、１６２  第２エッチングストップ層、１７０  コンタクト層、１８０  絶縁層、２００  光変調器、２１０  クラッド層、２２０  第１クラッド層、２２２  第２クラッド層、２２４  第３クラッド層、２３０  第１エッチングストップ層、２３２  第２エッチングストップ層、２４０  コンタクト層、３００  半導体光素子、３０２  入射口、３０４  導波路、３０５  ＭＭＩカプラ、３０６  曲り導波路、３０８  導波路、３１０  位相変調アーム、３１２  制御部、３１４  ＭＭＩカプラ、３１６  導波路、３１８  出射口、３２０  サブ導波路、３３０  サブ導波路、３４０  サブ導波路、６００  半導体レーザ、６１０  導波路、６２０  レーザアレイ、６３０  ＭＭＩカプラ、６４０  光増幅器、７１０  ベース基板、７１２  バッファ層、７１４  下部ＳＣＨ層、７１６  活性層、７１８  上部ＳＣＨ層、７２０  スペーサ層、７２２  エッチングストップ層、７２４  クラッド層、７３０  グレーティング層、７４０  コア層、７４２  スペーサ層、７４４  エッチングストップ層、７４６  クラッド層、７５０  クラッド層、７６０  コンタクト層
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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