(57)【要約】【課題】分離溝の形状により分離溝における電極の通電性が向上され、特性が向上される半導体光機能素子、及びそれを備える光モジュールの提供。【解決手段】本発明に係る半導体光素子は、第１の方向に延伸する光導波路両側の表面それぞれに形成される第１分離溝及び第２分離溝を有する、半導体多層と、絶縁膜と、ワイヤと前記半導体多層が前記第１分離溝を介して電気的に接続される、電極と、を備え、前記第１分離溝は、底面と、内側面と、外側面と、を含み、前記第１分離溝の前記内側面は、前記第１の方向に沿って延伸する第１内側部分と、下縁から上縁にかけて前記底面側とは反対側に傾斜して形成される第２内側部分と、を含み、前記第１分離溝の前記外側面は、前記第１の方向に沿って延伸する第１外側部分と、下縁から上縁にかけて前記底面側とは反対側に傾斜して形成される第２外側部分と、を含む。【選択図】図１
2013191701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層を含んで積層されるとともに、第１の方向に延伸する光導波路の上方に位置するコンタクト領域の両側の表面それぞれに形成される第１分離溝及び第２分離溝を有する、半導体多層と、
前記コンタクト領域を除いて前記半導体多層表面を覆って形成される絶縁膜と、
前記半導体多層及び前記絶縁膜を覆って所定の形状に形成されるとともに、前記第１分離溝のさらに外側にボンディングされるワイヤと前記半導体多層が前記第１分離溝を介して電気的に接続される、電極と、
を備え、
前記第１分離溝は、底面と、前記コンタクト領域側に形成される内側面と、前記コンタクト領域側とは反対側に形成される外側面と、を含み、
前記第１分離溝の前記内側面は、前記第１の方向に沿って延伸する第１内側部分と、下縁から上縁にかけて前記底面側とは反対側に傾斜して形成される第２内側部分と、を含み、
前記第１分離溝の前記外側面は、前記第１の方向に沿って延伸する第１外側部分と、下縁から上縁にかけて前記底面側とは反対側に傾斜して形成される第２外側部分と、を含む、
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２内側部分は、前記第１の方向と異なる第２の方向に沿って前記第１内側部分より前記コンタクト領域側に延伸するとともに、前記第１の方向から前記第２の方向に屈曲するための屈曲部を介して前記第１内側部分と接続される、
ことを特徴とする、半導体光素子。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体光素子であって、
前記第２内側部分の前記コンタクト領域側の端部は、前記第１内側部分の上縁の延長直線から前記コンタクト領域側に、前記第１分離溝の深さの１．７倍以上の距離に位置する、
ことを特徴とする、半導体光素子。
【請求項４】
請求項１に記載の半導体光素子であって、
前記第２外側部分は、前記第１の方向と異なる第２の方向に沿って前記第１外側部分より前記コンタクト領域側とは反対側に延伸するとともに、前記第１の方向から前記第２の方向に屈曲する屈曲部を介して前記第１外側部分と接続される、
ことを特徴とする、半導体光素子。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体光素子であって、
前記第２外側部分の前記コンタクト領域側とは反対側の端部は、前記第１外側部分の延長直線から前記コンタクト領域側とは反対側に、前記第１分離溝の深さの１．７倍以上の距離に位置する、
ことを特徴とする、半導体光素子。
【請求項６】
請求項１に記載の半導体光素子であって、
前記第１分離溝は、互いに対向する前記第１内側部分と前記第１外側部分を含んで前記第１の方向に延伸する部分と、互いに対向する前記第２内側部分と前記第２外側部分を含んで前記第１の方向とは異なる第２の方向に延伸する部分と、を含むジグザグ形状をしている、
ことを特徴とする、半導体光素子。
【請求項７】
請求項２乃至６のいずれかに記載の半導体光素子であって、
前記第１の方向と前記第２の方向のなす角は４５°以上である、
ことを特徴とする、半導体光素子。
【請求項８】
請求項２乃至６のいずれかに記載の半導体光素子であって、
前記第１の方向と前記第２の方向のなす角は直角である、
ことを特徴とする、半導体光素子。
【請求項９】
請求項１に記載の半導体光素子であって、
前記内側面は湾曲面となる部分を含み、前記第２内側部分は該湾曲面となる部分に含まれ、
前記外側面は湾曲面となる部分を含み、前記第２外側部分は該湾曲面となる部分に含まれる、
ことを特徴とする、半導体光素子。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の半導体光素子であって、
前記第２分離溝は、底面と、前記コンタクト領域側に形成される内側面と、前記コンタクト領域側とは反対側に形成される外側面と、を含み、
前記第２分離溝の前記内側面は、前記第１の方向に沿って延伸する第１内側部分と、下縁から上縁にかけて前記底面側とは反対側に傾斜して形成される第２内側部分と、を含み、
前記第２分離溝の前記外側面は、前記第１の方向に沿って延伸する第１外側部分と、下縁から上縁にかけて前記底面側とは反対側に傾斜して形成される第２外側部分と、を含む、
ことを特徴とする、半導体光素子。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかに記載の半導体光素子、を備える、光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光素子及びそれを備える光モジュールに関し、特に、半導体多層の表面に分離溝を有する半導体光素子の特性向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、活性層を含む半導体多層の表面に、光導波路上方となる領域の両側に光導波路に沿って形成される分離溝を有する半導体光素子が用いられている。半導体光素子が分離溝を有することにより、例えば、電流狭窄や、寄生容量低減などの観点において、有利な効果が得られることが知られている。活性層に電流を注入したり電界を印加したりするために、半導体多層の表面には、電極が形成される。外部回路より電極に電流を注入（又は、電圧を印加）するために、ワイヤが電極に接続される（ワイヤボンディング）。なお、特許文献１に、分離溝を有する半導体光素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２５８３７０号公報
【特許文献２】特開２０１０−１５３８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
分離溝を有する半導体光素子において、光導波路上方となる領域から分離溝までの距離はなるべく短い方が、電流狭窄や寄生容量低減などの観点からは望ましい。しかし、光導波路上方となる領域と分離溝との距離を短くする場合、かかる領域と分離溝の間に、ワイヤをボンディングすることが困難となるので、分離溝の外側にワイヤボンディングを行うこととなる。製造プロセス条件等の理由により、光導波路が［０  １  １］方向に沿うように半導体多層を形成して、半導体光素子を作製するのが一般的である。半導体多層の表面を、光導波路の上方となる領域を除いて絶縁膜で覆い、さらにその上側に、電極を形成する。電極がかかる構造をしていることにより、半導体多層表面の光導波路の上方となる領域は電極に接触（コンタクト）し、ワイヤから電極を介して活性層に電流が注入（又は、電界が印加）される。
【０００５】
半導体多層の光導波路上方となる領域とワイヤとの間には分離溝が配置され、絶縁膜を介して半導体多層の分離溝にも電極が形成される。分離溝の底面及び両側面に電極が安定的に形成され、光導波路上方となる領域とワイヤとの間の電気的接続が十分であるのが望ましい。しかし、例えば、光導波路が［０  １  １］方向に沿うように半導体多層が形成される場合、分離溝も該方向に沿って形成される。かかる場合に、分離溝をウェットエッチングで形成すると、後述する図２に示す断面図と同様に、結晶の面方位により、分離溝の両側面が逆テーパー形状もしくはほぼ垂直な形状となる。ここで、逆テーパー形状とは、分離溝の側面が、底面との下縁から、上縁にかけて、底面側（底面に対して内側）へ及んでいる形状をいう。すなわち、側面の上縁は側面の下縁より底面側（底面に対して内側）に位置している。
【０００６】
電極を形成するプロセスには、蒸着法やスパッタリング法などが用いられる。分離溝の側面が逆テーパー形状になっている場合、蒸着法によるプロセスにより分離溝に電極を形成すると、分離溝の側面に堆積する電極材料が不十分となり、光導波路上方となる領域とワイヤとの間の通電性（電気的接続）が不十分となる。その結果、半導体光素子の特性低下や歩留まり低下が発生してしまう。スパッタリング法によるプロセスにより分離溝に電極を形成すると、分離溝の側面にも電極がより形成されることとなり、かかる通電性は向上する。しかし、スパッタリング法ではプラズマを用いるため、半導体結晶へのダメージが存在するため、半導体素子の信頼性確保との両立が難しい。また、電極の原子が電界により加速されて絶縁膜表面に打ち込まれるため、膜の内在応力が大きくなり、半導体光素子の信頼性にとって望ましくない。すなわち、半導体結晶へのダメージや膜の内在応力の観点からは、蒸着法による電極形成が望ましいにも関わらず、蒸着法による電極形成では分離溝において十分な通電性が得られない。
【０００７】
なお、分離溝をドライエッチングで形成すると、ウェットエッチングで形成する場合と比べて、分離溝の側面を底面に対してより垂直に近づけることが出来る。分離溝の側面が底面に対して垂直に形成される場合であっても、蒸着法による電極形成では、分離溝の側面に電極材料は十分に堆積されず、十分な通電性は得られない。すなわち、かかる問題はドライエッチングによって解決するのは困難となっている。
【０００８】
本発明は、かかる課題を鑑みてなされてものであり、本発明の目的は、分離溝の形状により分離溝における電極の通電性が向上され、特性が向上される半導体光機能素子、及びそれを備える光モジュールの提供とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）上記課題を解決するために、本発明に係る半導体光機能素子は、活性層を含んで積層されるとともに、第１の方向に延伸する光導波路の上方に位置するコンタクト領域の両側の表面それぞれに形成される第１分離溝及び第２分離溝を有する、半導体多層と、前記コンタクト領域を除いて前記半導体多層表面を覆って形成される絶縁膜と、前記半導体多層及び前記絶縁膜を覆って所定の形状に形成されるとともに、前記第１分離溝のさらに外側にボンディングされるワイヤと前記半導体多層が前記第１分離溝を介して電気的に接続される、電極と、を備え、前記第１分離溝は、底面と、前記コンタクト領域側に形成される内側面と、前記コンタクト領域側とは反対側に形成される外側面と、を含み、前記第１分離溝の前記内側面は、前記第１の方向に沿って延伸する第１内側部分と、下縁から上縁にかけて前記底面側とは反対側に傾斜して形成される第２内側部分と、を含み、前記第１分離溝の前記外側面は、前記第１の方向に沿って延伸する第１外側部分と、下縁から上縁にかけて前記底面側とは反対側に傾斜して形成される第２外側部分と、を含む、ことを特徴とする。
【００１０】
（２）上記（１）に記載の半導体光素子であって、前記第２内側部分は、前記第１の方向と異なる第２の方向に沿って前記第１内側部分より前記コンタクト領域側に延伸するとともに、前記第１の方向から前記第２の方向に屈曲するための屈曲部を介して前記第１内側部分と接続されてもよい。
【００１１】
（３）上記（２）に記載の半導体光素子であって、前記第２内側部分の前記コンタクト領域側の端部は、前記第１内側部分の上縁の延長直線から前記コンタクト領域側に、前記第１分離溝の深さの１．７倍以上の距離に位置してもよい。
【００１２】
（４）上記（１）に記載の半導体光素子であって、前記第２外側部分は、前記第１の方向と異なる第２の方向に沿って前記第１外側部分より前記コンタクト領域側とは反対側に延伸するとともに、前記第１の方向から前記第２の方向に屈曲する屈曲部を介して前記第１外側部分と接続されてもよい。
【００１３】
（５）上記（４）に記載の半導体光素子であって、前記第２外側部分の前記コンタクト領域側とは反対側の端部は、前記第１外側部分の延長直線から前記コンタクト領域側とは反対側に、前記第１分離溝の深さの１．７倍以上の距離に位置してもよい。
【００１４】
（６）上記（１）に記載の半導体光素子であって、前記第１分離溝は、互いに対向する前記第１内側部分と前記第１外側部分を含んで前記第１の方向に延伸する部分と、互いに対向する前記第２内側部分と前記第２外側部分を含んで前記第１の方向とは異なる第２の方向に延伸する部分と、を含むジグザグ形状をしていてもよい。
【００１５】
（７）上記（２）乃至（６）のいずれかに記載の半導体光素子であって、前記第１の方向と前記第２の方向のなす角は４５°以上であってもよい。
【００１６】
（８）上記（２）乃至（６）のいずれかに記載の半導体光素子であって、前記第１の方向と前記第２の方向のなす角は直角であってもよい。
【００１７】
（９）上記（１）に記載の半導体光素子であって、前記内側面は湾曲面となる部分を含み、前記第２内側部分は該湾曲面となる部分に含まれ、前記外側面は湾曲面となる部分を含み、前記第２外側部分は該湾曲面となる部分に含まれていてもよい。
【００１８】
（１０）上記（１）乃至（９）のいずれかに記載の半導体光素子であって、前記第２分離溝は、底面と、前記コンタクト領域側に形成される内側面と、前記コンタクト領域側とは反対側に形成される外側面と、を含み、前記第２分離溝の前記内側面は、前記第１の方向に沿って延伸する第１内側部分と、下縁から上縁にかけて前記底面側とは反対側に傾斜して形成される第２内側部分と、を含み、前記第２分離溝の前記外側面は、前記第１の方向に沿って延伸する第１外側部分と、下縁から上縁にかけて前記底面側とは反対側に傾斜して形成される第２外側部分と、を含んでいてもよい。
【００１９】
（１１）本発明に係る光モジュールは、上記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の半導体光素子、を備えていてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明により、分離溝の形状により分離溝における電極の通電性が向上され、特性が向上される半導体光機能素子、及びそれを備える光モジュールが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体光素子の上面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体光素子の断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る半導体光素子の断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る半導体光素子の断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るＬＧＬＣ波長可変レーザ素子の上面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る半導体光素子の構造を説明する部分上面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る半導体光素子の構造を説明する部分上面図である。
【図８】本発明の第４の実施形態の一例に係る半導体光素子の上面図である。
【図９】本発明の第４の実施形態の他の一例に係る半導体光素子の上面図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態の他の一例に係る半導体光素子の上面図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態に係るＴＯＳＡの構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。また、以下の実施の形態では、特に必要なときを除き、同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
【００２３】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体光素子１の上面図である。図２は、当該実施形態に係る半導体光素子１の断面図であり、図１に示すＩＩ−ＩＩ線上の断面を表している。当該実施形態に係る半導体光素子１は、埋込みヘテロ（以下、ＢＨと記す）構造をしている。図２に示す通り、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に、活性層１８を含んで多層が形成されており、ＢＨ構造とは、当該多層の光導波路の両側となる部分を除去して形成されるメサストライプ１１と、メサストライプ１１の両側を埋め込む埋込み層１５と、を含む半導体多層の構造をいう。埋込み層１５には、例えば、鉄（Ｆｅ）又はルテニウム（Ｒｕ）が不純物として添加されるＩｎＰなどの、半絶縁性半導体を用いている。当該実施形態に係る半導体多層は、当該ＢＨ構造の上側にｐ型ＩｎＰ層１６が積層されている。さらに、後述する通り、電極１３と電気的に接続するために、メサストライプ１１の上方となる所定の領域にコンタクト層（図示せず）が積層されている。
【００２４】
光導波路の上方に位置する領域であるコンタクト領域とは、半導体多層の表面のうち、メサストライプ１１の上方となる領域であり、図１に示す通り、メサストライプ１１は第１の方向となる上下方向に延伸している。図１及び図２に示す通り、半導体多層の表面のうち、コンタクト領域の両側に、分離溝１２がそれぞれ形成されている。分離溝１２のうち、コンタクト領域の図１右側に配置されるのが第１分離溝１２Ａであり、図１左側に配置されるのが第２分離溝１２Ｂである。分離溝１２は、第１の方向である上下方向に延伸する部分と、第２の方向である左右方向に延伸する部分とが、交互に繰り返されるジグザグ形状を有している。
【００２５】
図２に示す通り、半導体多層の表面を覆って絶縁膜１７が形成されているが、半導体多層の表面のうち、コンタクト領域には絶縁膜１７は形成されておらず、コンタクトホールとなっている。コンタクトホールは、後述する電極１３が形成される領域において、光導波路の上方に位置する領域すべてに形成されているのが望ましいが、光導波路の上方に位置する領域の少なくとも一部に形成されていればよい。すなわち、絶縁膜の形状は、コンタクトホールとなる領域を除く所定の形状である。
【００２６】
電極１３は半導体多層及び絶縁膜１７を覆って所定の形状に形成されている。図１に示す電極１３の所定の形状は、半導体光素子１の出射側の端面から反対側の端面に亘って、光導波路の上方となる領域のすべてを覆うとともに、該領域の左右両側に広がる形状をしているが、該左右両側に広がる部分の図１の上縁及び下縁は両端面からはそれぞれ内側に位置している。コンタクト領域（光導波路）に対して第１分離溝１２Ａよりさらに外側となる領域に、外部回路と接続するワイヤ１４がボンディングされている。すなわち、コンタクト領域（光導波路）と、ワイヤ１４との間に、第１分離溝１２Ａが配置されている。半導体多層の表面（最上面）のうち、メサストライプ１１の上方となる領域を含む領域（所定の領域）にコンタクト層が形成されており、電極１３は、コンタクトホールを介して、コンタクト層と接している。それゆえ、半導体多層は、ワイヤ１４と、第１分離溝１２Ａを介して電気的に接続されている。なお、図１に示す電極１３は、ｐ側電極であり、図２に示す通り、ｎ型ＩｎＰ基板１０の下面にも電極１９が形成されており、電極１９はｎ側電極である。
【００２７】
図３及び図４は、当該実施形態に係る半導体光素子１の断面図である。図３は、図１に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線上の断面を、図４は、図１に示すＩＶ−ＩＶ線上の断面を、それぞれ表している。半導体光素子１のメサストライプ１１は［０  １  １］方向に沿って形成されている。分離溝１２はウェットエッチングによって形成されており、エッチングの異方性により、図３に示す通り、分離溝１２の［０  １  １］方向（第１の方向）に延伸する部分では、分離溝１２の両側面が逆テーパー形状２０となっている。これに対して、図４に示す通り、分離溝１２の［０  −1  １］方向（第２の方向）に延伸する部分では、分離溝１２の両側面が順テーパー形状２１となっている。ここで、逆テーパー形状とは、前述の通り、分離溝１２の側面が下縁から上縁にかけて、底面側へ及んでいる形状をいう。これに対して、順テーパー形状とは、分離溝１２の側面が下縁から上縁にかけて、底面側とは反対側（底面に対して外側）へ及んでいる形状をいう。
【００２８】
図３に示す通り、分離溝１２が図１の上下方向（第１の方向）に延伸する部分では、当該半導体多層の表面に、断面が逆テーパー形状２０となる分離溝１２が形成されている。半導体多層の表面を覆って、絶縁膜１７が形成されており、さらに、絶縁膜１７の上側に、蒸着法により、電極１３が形成されている。分離溝１２は、底面と、底面の両側にそれぞれ形成される内側面と外側面と、を含んでいる。図３は、第１分離溝１２Ａの図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線上の断面を、図１の下側から上側に見る断面図なので、分離溝１２の図３の左側の側面が、コンタクト領域側（光導波路に対して内側）に形成される内側面であり、分離溝１２の図３の右側の側面が、コンタクト領域側とは反対側（光導波路に対して外側）に形成される外側面である。前述の通り、図３に示す分離溝１２の断面は逆テーパー形状２０をしているので、両側面は下縁から上縁にかけて底面側（底面に対して内側）に傾斜している。それゆえ、蒸着法により、半導体多層及び絶縁膜１７を覆って電極１３を形成すると、両側面の上縁から両側に広がる半導体多層表面によって、分離溝１２の両側面や、底面の両側端部に、電極材料がほとんど堆積されず、分離溝１２を介して一方側から他方側への通電性が十分に確保されない。なお、ここで、分離溝１２の内側面のうち、図１の上下方向（第１の方向）に沿って延伸する部分を第１内側部分と、分離溝１２の外側面のうち、第１の方向に沿って延伸する部分を第１外側部分と呼ぶこととする。分離溝１２の第１の方向である上下方向に延伸する部分は、互いに対向する第１内側部分と第１外側部分を含んでいる。
【００２９】
これに対して、分離溝１２が図１の左右方向（第２の方向）に延伸する部分では、図４に示す通り、当該半導体多層の表面に、断面が順テーパー形状２１となる分離溝１２が形成されている。図４は、第１分離溝１２Ａの図１のＩＶ−ＩＶ線上の断面を、図１の左側から右側に見る断面図なので、分離溝１２の図４の左側の側面が、コンタクト領域側（光導波路に対して内側）に形成される内側面であり、分離溝１２の図４の右側の側面が、コンタクト領域側とは反対側（光導波路に対して外側）に形成される外側面である。図４に示す分離溝１２の断面は順テーパー形状２１をしているので、両側面は下縁から上縁にかけて底面側とは反対側（底面に対して外側）に傾斜している。それゆえに、蒸着法により、半導体多層及び絶縁膜１７を覆って電極１３を形成すると、分離溝１２の両側面や、底面の両側端部にも、より電極材料が堆積されて、分離溝１２を介して一方側から他方側への通電性がより確保される。なお、ここで、分離溝１２の内側面のうち、図１の左右方向（第２の方向）に沿って延伸する部分を第２内側部分と、分離溝１２の外側面のうち、第２の方向に沿って延伸する部分を第２外側部分と呼ぶこととする。分離溝１２の第２の方向である左右方向に延伸する部分は、互いに対向する第２内側部分と第２外側部分を含んでいる。
【００３０】
当該実施形態に係る半導体光素子の特徴は、ボンディングされるワイヤとコンタクト領域との間に配置される分離溝の両側面が、順テーパー形状を有する部分（第２内側部分及び第２外側部分）をそれぞれ含んでいることにある。これにより、第１内側部分及び第１外側部分で十分に確保出来なかった通電性を、順テーパー形状を有する部分で補償することにより、分離溝の一方側から他方側への通電性が向上されている。
【００３１】
なお、第２の方向は第１の方向と異なっていることにより、第２内側部分及び第２外側部分の側面形状が、第１内側部分及び第１外側部分の側面形状それぞれと異ならせることが出来る。ウェットエッチングによって形成される断面形状が異なるように、第１の方向と第２の方向がなす角は４５°以上が望ましい。ここで、第１の方向と第２の方向がなす角とは、第１の方向に延伸する直線と、第２の方向に延伸する直線が交差する点において、作られる角度のうち小さい方の角度をいい、よって第１の方向と第２の方向がなす角度は最大で９０°となっている。さらに、当該実施形態にように、第１の方向は半導体材料の［０  １  １］方向であり、第２の方向は［０  −１  １］方向であり、第１の方向と第２の方向は直交している、すなわち、両方向のなす角は９０°であるとき、断面形状の違いはより顕著となり、本発明の効果は顕著となる。
【００３２】
さらに、当該実施形態に係る半導体光素子において、第１分離溝は、第１の方向に延伸する部分と、第２の方向に延伸する部分とが、交互に繰り返されるジグザグ形状を有していており、通電性を向上させる第２内側部分及び第２外側部分を、より多く設けることが出来ており、本発明の効果はさらに高まる。
【００３３】
当該実施形態に係る第１分離溝の形状により、ボンディングされるワイヤと、電流を注入する（又は、電圧を印加する）コンタクト領域との間の通電性が向上される。よって、少なくとも第１分離溝が導電性を向上させる第２内側部分及び第２外側部分を有していればよい。しかし、分離溝は、電流狭窄や寄生容量低減など、アイソレーションを目的として設けられており、半導体光素子の特性安定性の観点では、電極にワイヤがボンディングされない、他方の分離溝である第２分離溝の形状も、第１分離溝の形状と同様の形状をしていてもよく、当該実施形態に係る半導体光素子は、上方から見て、第１分離溝の形状と第２分離溝の形状が光導波路（メサストライプ１１）に対して対称的な形状となっている。よって、ここでは、第２分離溝においても、内側面は第１内側部分及び第２内側部分を含み、外側面は第１外側部分及び第２外側部分を含んでいる。当該実施形態では、第２分離溝も、第１の方向に延伸する部分と、第２の方向に延伸する部分とが、交互に繰り返されるジグザグ形状を有している。よって、第１分離溝及び第２分離溝がかかる形状をしていることにより、電極の通電性を向上しつつ、素子の特性の信頼性を向上させている。さらに、半導体光素子の電流−光出力特性や高周波応答の向上が実現する。
【００３４】
なお、当該実施形態に係る半導体光素子の電極１３は、図１に示す形状をしているが、これに限定されることはない。例えば、光導波路の上方となる領域から左右両側にそれぞれ広がる部分の上縁及び下縁のいずれか又は両方が、素子端面に及んでいてもよい。また、例えば、放熱性確保のために、電極が図１に示す形状をしていてもよいし、例えば、寄生容量低減のために、光導波路に対して、ワイヤがボンディングされる側と反対側には、第２分離溝を越えて電極が設けられなくてもよい。本発明は分離溝を有する半導体光素子に広く適用でき、電極の形状は適用される半導体光素子に応じて選択されればよい。
【００３５】
また、当該実施形態に係る半導体光素子において、図３に示す通り、分離溝１２のうち図１の上下方向（第１の方向）に延伸する部分は、断面が逆テーパー形状２０となっているがこれに限定される必要はない。断面がほぼ垂直な形状をしている場合であっても、前述の通り、かかる部分では蒸着法による電極形成では十分な通電性が得られず、本発明を適用することにより、顕著な効果を奏する。
【００３６】
さらに、当該実施形態に係る半導体素子は、ｎ型半導体基板の上に、半導体多層を形成し、半導体多層を覆って形成する上側電極がｐ側電極とし、ｎ型半導体基板の裏面（下面）に形成する下側電極をｎ側電極としているが、これに限定される必要はない。ｐ型半導体基板の上に、半導体多層を形成し、上側電極をｎ側電極と、下側電極をｐ型電極としてもよい。また、半絶縁性半導体基板（例えば、Ｆｅ−ＩｎＰ基板）に、ｎ型半導体とｐ型半導体を形成し、素子表面側に、ｎ側電極とｐ型電極を設ける半導体光素子に、本発明を適用してもよい。
【００３７】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る半導体光素子は、横方向結合型方向性光結合器型（Lateral Grating assisted Lateral Co-directional Coupler：以下、ＬＧＬＣと記す）波長可変レーザ素子２の、各光部品である。ここで、ＬＧＬＣ波長可変レーザ素子２は、活性層にＩｎＧａＡｓＰ系材料で形成されており、１．５５μｍ帯の光源として用いられる。なお、特許文献２に、ＬＧＬＣ波長可変レーザに係る技術が開示されている。
【００３８】
図５は、当該実施形態に係るＬＧＬＣ波長可変レーザ素子２の上面図である。ＬＧＬＣ波長可変レーザ素子２は、光の出射側とは反対側の端面から出射側端面に向けて順に、ＬＧＬＣ波長可変フィルタ部３、位相調整部４、ゲイン部５、及び回折格子型反射ミラー部（以下、ＤＢＲ反射ミラー部６と記す）が配置されており、これら光部品それぞれが当該実施形態に係る半導体光素子となっている。ＬＧＬＣ波長可変レーザ素子２の反対側端面から出射側端面に亘って延伸する、メサストライプ１１に形成される光導波路（高屈折率光導波路）と、主にＬＧＬＣ波長可変フィルタ部３において、当該光導波路の側方に設けられる他の光導波路（低い屈折率光導波路）と、図５に示されている。半導体多層表面において、２本の光導波路（高屈折率光導波路及び低屈折率光導波路）の両側に、それぞれ分離溝１２が形成されており、これら２本の分離溝１２の形状は、第１の実施形態に係る半導体光素子と同様に、ジグザグ形状をしている。
【００３９】
ＬＧＬＣ波長可変フィルタ部３及びＤＢＲ反射ミラー部６それぞれに、電流を注入し、活性層のうち光導波路となる部分の半導体の屈折率を変化させ、光の透過波長を変化させる。それぞれに注入する電流量を制御することにより、ＬＧＬＣ波長可変レーザ素子が出力する光の波長を制御することが出来、所望の波長の光を発振させることが可能となる。分離溝１２それぞれの形状は前述の通りジグザグ形状をしており、第１の方向に延伸する部分のうち、メサストライプ１１に近い側がメサストライプ１１より１０μｍの距離と、メサストライプ１１に遠い側がメサストライプ１１より２５μｍの距離と、なるよう分離溝１２が形成されている。よって、両側面が順テーパー形状となっている第２の方向に延伸する部分の長さが１５μｍとなっている。さらに、分離溝１２の幅を５μｍと、深さを４μｍとしている。なお、分離溝１２を、ＨＣｌ系のエッチング液を用いて、ウェットエッチングによって形成する。さらに、半導体多層表面全体に、厚さ５００ｎｍのＳｉＯ２膜を、絶縁膜１７として、スパッタリング法によって形成する。電極１３のコンタクト領域の絶縁膜１７を、バッファードフッ酸により除去し、半導体多層表面を薄くウェットエッチングすることにより、スパッタリング法による絶縁膜１７のダメージを低減させる。電極１３を、真空蒸着法を用いて、厚さ１μｍで形成する。
【００４０】
ＬＧＬＣ波長可変レーザ素子に、光導波路に沿って形成される分離溝を形成すると、分離溝の一方側から他方側への通電性が確保されず、従来、所望の特性を有するＬＧＬＣ波長可変レーザ素子を作成することが困難であり、分離溝を備えずにＬＧＬＣ波長可変レーザ素子が作製されている。これに対して、かかるプロセスによって作製されるＬＧＬＣ波長可変レーザ素子２の特性を測定したところ、分離溝がない場合と比較して、低注入電流における光出力の効率が約１０％改善する、という顕著な効果が得られており、分離溝の一方側から他方側へ安定して電流を流すことが可能な構造が実現されている。なお、素子の特性向上の観点からは、ＬＧＬＣ波長可変レーザ素子２の４個の光部品すべてに本発明を適用するのが望ましいが、これに限定されることなく、４個の光部品の一部に本発明を適用してもよい。
【００４１】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る半導体光素子は、第１の実施形態に係る半導体光素子と同じ構造をしているが、第２の方向に延伸する部分の長さの条件を提供しているという点で第１の実施形態に係る半導体光素子と異なっている。
【００４２】
図６及び図７は当該実施形態に係る半導体光素子１の構造を説明する部分上面図である。図６は、図１の領域ＶＩを拡大したものであり、図７は、図６の領域ＶＩＩを拡大したものである。前述の通り、電流狭窄や寄生容量低減などの観点からは、コンタクト領域と分離溝との距離は出来る限り短くしたい。すなわち、第１及び第２の実施形態に係る半導体光素子において、第２の方向に延伸する部分の長さは短いのが望ましい。しかし、側面形状が順テーパー形状となっている第２内側部分及び第２外側部分を安定的に確保する観点では、第２の方向に延伸する部分の長さの条件を以下の通りとするのが望ましい。
【００４３】
第１の実施形態に係る半導体素子１を作製した結果、分離溝１２の側面において、底面に対して凸型に屈曲している部分が図７に示す形状となっていることを、発明者らは発見した。第１の方向（図７の上下方向）に延伸する第１内側部分と、第２の方向（図の左右方向）に延伸する第２内側部分と、の間に、第１の方向から第２の方向に屈曲する屈曲部（凸型屈曲部）があり、屈曲部は、第１内側部分の下端と、第２内側部分の右端と、を接続している。ここで、凸型に屈曲している部分とは、第２内側部分が、第２の方向（左右方向）に沿って第１内側部分よりコンタクト領域側（左側）に延伸している場合に、第２内側部分が屈強部を介して第１内側部分と接続されている部分である。かかる屈曲部において、図６に示す通り、斜め４５°（右上と左下を結ぶ方向）でサイドエッチングされる。かかる部分は、第１内側部分の下端から第２内側部分の右端にかけて、逆テーパー形状から順テーパー形状に連続的に変化しており、かかる部分の内側面に堆積される電極材料は非常に少ないか、又は、段切れしているか、かかる部分によって通電性が確保されるのは困難である。よって、かかる屈曲部が形成されても、なお、第２内側部分が形成されるように、分離溝１２の形状を設計するのが望ましい。
【００４４】
発明者らは、作製された半導体光素子１の分離溝１２の形状を調べた結果、分離溝１２の深さをｄとすると、素子の上方からみて、サイドエッチングによって、縦横ともに深さｄと同程度の長さの直角二等辺三角形の部分が除去されていることが分かった。また、第２内側部分の右端の側面も、斜め４５°でサイドエッチングされており、第２内側部分（順テーパー形状）を素子の上方からみる場合の第２内側部分の幅Ｌｔは、０．７×ｄ程度となっているので、サイドエッチングの先端、すなわち、第２内側部分の下縁の右端は、第１内側部分の上縁を第１の方向（図７の上下方向）に延伸した直線から、ｄの１．７倍の距離に位置している。よって、第２内側部分の左端（コンタクト領域側の端部）の第１内側部分の上縁の延長直線からの距離をＬｂと定義すると、Ｌｂを該延長直線からコンタクト領域側に、分離溝の深さｄの１．７倍以上となるように、第２内側部分の左端を位置させることにより、第２内側部分の長さＬｗは０以上の値を有することとなり、第２内側部分に形成される電極材料により通電性が確保される。なお、図７に示す通り、分離溝１２の側面において、底面に対して凹型に屈曲している部分は、かかるサイドエッチングの影響はほとんど受けていない。
【００４５】
ここでは、分離溝１２の内側面を例に説明したが、外側面でも同様である。すなわち、第２外側部分が第１外側部分よりコンタクト領域側とは反対側に延伸している場合に、屈曲部（凸型屈曲部）が形成されても、なお、第２外側部分が形成されるように、分離溝１２の形状を設計するのが望ましい。第２外側部分のコンタクト領域側とは反対側の端部は、前記第１外側部分の上縁の延長直線から該反対側に、分離溝の深さの１．７倍以上の距離に位置しているのが望ましい。さらに、ここでは、ボンディングされるワイヤが配置される側の第１分離溝１２Ａについて説明したが、反対側に配置される第２分離溝１２Ｂについても同様であることは言うまでもない。
【００４６】
当該実施形態に係る半導体光素子１では、分離溝１２の深さｄを３μｍとし、距離Ｌｂを１０μｍとして、半導体光素子１を作製した。作製された半導体光素子１では、順テーパー形状となる第２内側部分の長さＬｗは約５μｍとなっていた。分離溝１２部分の抵抗値を測定したところ、０．１Ω以下となっており、所望の抵抗値以下に低減することが出来ている。当該条件を提供することにより、特性が向上される半導体光素子が実現する。
【００４７】
なお、当該実施形態に係る半導体光素子では、第２の方向が第１の方向と直交する場合について示しているが、これに限定されることはない。第１の方向と第２の方向のなす角が４５°以上である場合には、上記条件を適用することにより、第２内側部分及び第２外側部分が形成され、通電性が確保される。
【００４８】
［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態に係る半導体光素子は、分離溝１２の形状が第１乃至第３の実施形態に係る半導体光素子と異なっているが、それ以外については同じ構造をしている。本発明の効果を奏するためには、第１分離溝１２Ａの内側面に少なくとも１個の第２内側部分を有し、同様に、外側面に少なくとも１個の第２外側部分を有していればよく、本発明は広く半導体光素子の分離溝に適用することができる。
【００４９】
図８は、当該実施形態の一例に係る半導体光素子７の上面図である。図８に示す半導体光素子７では、分離溝１２は、第１の方向（図８の上下方向）に沿って延伸する部分に加えて、第１の方向と異なる第２の方向（図８の左右方向）に沿って延伸する部分が２箇所に形成されている。これにより、分離溝１２の第１の方向に沿って延伸する部分に形成される第１内側部分及び第１外側部分に加えて、分離溝１２は、分離溝１２の第２の方向に沿って延伸する部分に形成される第２内側部分及び第２外側部分を有しており、通電性が確保されている。
【００５０】
図９は、当該実施形態の他の一例に係る半導体光素子８の上面図である。図９に示す半導体光素子８では、分離溝１２は、第１の方向（図９の上下方向）に沿って延伸する部分と、半リング形状に湾曲している部分と、を含んでいる。分離溝１２の内側面は、第１の方向に沿って延伸する第１内側部分と、下縁から上縁にかけて底面側とは反対側に傾斜して形成される第２内側部分と、を含んでいる。分離溝１２が上記半リング形状に湾曲している部分において、内側面は湾曲面となっており、分離溝１２の内側面は湾曲面となる部分を含んでいる。第２内側部分は該湾曲面となる部分に含まれている。
【００５１】
分離溝１２の外側面についても同様で、第１の方向に沿って延伸する第１外側部分と、下縁から上縁にかけて底面側とは反対側に傾斜して形成される第２外側部分と、を含んでいる。分離溝１２が上記半リング形状に湾曲している部分において、外側面は湾曲面となっており、分離溝１２の外側面は湾曲となる部分を含んでいる。第２外側部分は該湾曲面となる部分に含まれている。分離溝１２は、第２内側部分及び第２外側部分を有しており、通電性が確保されている。
【００５２】
図１０は、当該実施形態の他の一例に係る半導体光素子９の上面図である。図１に示す半導体光素子１では、分離溝１２は、第１の方向である上下方向に延伸する部分と、第２の方向である左右方向に延伸する部分とが、交互に繰り返されるジグザグ形状を有しているが、ジグザグ形状はこれに限定されることはない。図８に示す半導体光素子９では、分離溝１２は、第１の方向（図の上下方向）と異なる方向は、第２の方向（右上と左下を結ぶ方向）のみならず、第３の方向（右下と左上を結ぶ方向）がある。すなわち、分離溝１２は、第１の方向に延伸する部分と、第２の方向に延伸する部分と、第３の方向に延伸する部分と、を含んでる。ここで、第１の方向に延伸する部分は、互いに対向する第１内側部分と第１外側部分を含んでいるし、第２の方向に延伸する部分は、互いに対向する第２内側部分と前記第２外側部分を含んでいる。ここで、第２内側部分及び第２外側部分は、ともに、下縁から上縁にかけて底面側とは反対側に傾斜して形成される。分離溝１２は、第２内側部分及び第２外側部分を有しており、通電性が確保されている。また、同様に、第３の方向に延伸する部分の両側面も、下縁から上縁にかけて底面側とは反対側に傾斜して形成されており、通電性がさらに確保されている。
【００５３】
以上、本発明の実施形態に係る半導体光素子について説明した。上記実施形態に係る半導体光素子では、半導体材料にＩｎＧａＡｓＰ系を用いているが、これに限定されることはなく、材料系がＧａＡｓ系、ＩｎＡｌＧａＡｓ系その他の材料系である場合であっても、本発明を適用することが出来る。また、上記実施形態に係る半導体光素子では、基板や埋込み層などの材料に、ＩｎＰを用いているが、これに限定されることはなく、ＧａＡｓなどＩＩＩ族−Ｖ族の材料であってもよく、また、ウェットエッチングによって分離溝の側面が上記形状となる材料であれば、本発明を広く適用することが出来る。さらに、当該実施形態に係る半導体光素子では、主に電流狭窄（電流ブロック）を目的として、分離溝が形成されるＢＨ構造を有する半導体光素子について説明しているが、主に、寄生容量低減を目的に、高周波特性が要求される直接変調型レーザ素子や、変調器集積レーザ素子についても、同様に、本発明を適用出来ることは言うまでもない。
【００５４】
［第５の実施形態］
本発明の第５の実施形態に係る光モジュールは、第１乃至第４の実施形態に係る半導体光素子を備えるＴＯＳＡ３０（Transmitter Optical Sub Assembly）である。図１１は、当該実施形態に係るＴＯＳＡ３０の構成を示す模式図であり、ＴＯＳＡ３０には、第２の実施形態に係るＬＧＬＣ波長可変レーザ素子２が搭載されている。ＬＧＬＣ波長可変レーザ素子２より出射される光は、レンズ３１で平行光に変換され、アイソレータ３２に入射する。アイソレータ３２を通過する光は、ビームスプリッタ３３、レンズ３１を通過して光ファイバ３６へ出力される。また、アイソレータ３２を通過しビームスプリッタ３３で分岐される光を用いて、ビームスプリッタ３３、エタロン３４，及びモニタＰＤ３５により構成される波長ロッカにて、波長制御を行う。ＴＯＳＡ３０を作製して測定を行った結果、Ｃバンドにて波長を変えて光を発振することが確認されている。当該実施形態に係るＴＯＳＡ３０では、波長可変光源としてレーザ素子のみを搭載しているが、半導体ＭＺ素子、ＥＡ変調器等の変調デバイスを、同一ＴＯＳＡ内に搭載し、変調可能なＴＯＳＡとしてもよい。また、第２の実施形態に係るＬＧＬＣ波長可変レーザ素子２に限定されることはなく、ＴＯＳＡに他の実施形態に係る半導体光素子を搭載してもよい。
【００５５】
［第６の実施形態］
本発明の第６の実施形態に係る光モジュールは、第５の実施形態に係るＴＯＳＡを備えるトランシーバである。当該トランシーバには、第５の実施形態に係るＴＯＳＡに、ＬＮ変調器を組み合わせることにより、ＮＲＺ変調を行い、Ｃバンドにて所望の伝送特性が達成されることが確認されている。当該実施形態に係るトランシーバでは、ＬＮ変調器を用いて光信号の変調を行っているが、これに限定されず、トランシーバでは、ＴＯＳＡに、半導体ＭＺ素子、ＥＡ変調器等、その他の変調器と組み合わせてもよい。第５及び第６の実施形態に係る光モジュールは、本発明に係る半導体光素子を備えることにより、特性の向上が実現する。
【符号の説明】
【００５６】
１  半導体光素子、２  ＬＧＬＣ波長可変レーザ素子、３  ＬＧＬＣ波長可変フィルタ部、４  位相調整部、５  ゲイン部、６  ＤＢＲ反射ミラー部、７，８，９  半導体光素子、１０  ｎ型ＩｎＰ基板、１１  メサストライプ、１２  分離溝、１２Ａ  第１分離溝、１２Ｂ  第２分離溝、１３  電極、１４  ワイヤ、１５  埋込み層、１６  ｐ型ＩｎＰ層、１７  絶縁膜、１８  活性層、１９  電極、２０  逆テーパー形状、２１  順テーパー形状、３０  ＴＯＳＡ、３１  レンズ、３２  アイソレータ、３３  ビームスプリッタ、３４  エタロン、３５  モニタＰＤ、３６  光ファイバ。
【図１】
2013191701.tif 000003
【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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