(57)【要約】【課題】小型な光回路でありながら、導波路構造の信頼性が高く、かつ製造コストが低い集積型半導体光素子を提供する。【解決手段】半導体光素子が配設される基板１０と、活性層を有する積層構造体及び導波層を有する積層構造体をそれぞれ少なくとも一つ有し、半導体光素子を構成する複数の積層構造体２０、３０と、を備え、基板表面は、複数の積層構造体とは材料が異なる半導体または誘電体からなり、かつ複数の積層構造体よりも低屈折率とされており、複数の積層構造体は、活性層または導波層を含む層が積層された積層体の成長面が、基板表面に接合されて形成された積層構造を含み、かつ、基板表面から活性層中心、及び基板表面から導波層中心までの高さが等しく、複数の積層構造体の積層構造同士の接合部は、劈開面同士が接合されて形成されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体光素子が配設される基板と、活性層を有する積層構造体及び導波層を有する積層構造体をそれぞれ少なくとも一つ有し、前記半導体光素子を構成する複数の積層構造体と、を備え、
前記基板表面は、前記複数の積層構造体とは材料が異なる半導体または誘電体からなり、かつ前記複数の積層構造体よりも低屈折率とされており、
前記複数の積層構造体は、前記活性層または前記導波層を含む層が積層された積層体の成長面が、前記基板表面に接合されて形成された積層構造を含み、かつ、前記基板表面から前記活性層中心、及び前記基板表面から前記導波層中心までの高さが等しく、
前記複数の積層構造体の前記積層構造同士の接合部は、劈開面同士が接合されて形成されている
ことを特徴とする集積型半導体光素子。
【請求項２】
前記複数の積層構造体は、層構造が異なる積層構造体を含むことを特徴とする請求項１に記載の集積型半導体光素子。
【請求項３】
前記複数の積層構造体において、前記活性層及び前記導波層の位置は、基板側に偏位していることを特徴とする請求項１または２に記載の集積型半導体光素子。
【請求項４】
前記複数の積層構造体において、前記積層構造の積層方向と直交する方向の光閉じ込め構造は、一括加工によって形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の集積型半導体光素子。
【請求項５】
前記光閉じ込め構造は、ウェットエッチングによるメサ加工により形成されていることを特徴とする請求項４に記載の集積型半導体光素子。
【請求項６】
前記光閉じ込め構造は、ドライエッチングによるメサ加工により形成されていることを特徴とする請求項４に記載の集積型半導体光素子。
【請求項７】
前記メサ加工により形成されるメサ構造の深さは、前記積層構造体の高さと等しいことを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の集積型半導体光素子。
【請求項８】
前記メサ加工により形成されるメサ構造の深さは、前記積層構造体の高さよりも小さいことを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の集積型半導体光素子。
【請求項９】
前記メサ加工により形成されるメサ構造の深さは、前記積層構造体の高さと等しい部分と、前記積層構造体の高さよりも小さい部分とがあることを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の集積型半導体光素子。
【請求項１０】
前記基板表面が電気伝導性を有することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の集積型半導体光素子。
【請求項１１】
前記積層構造体において、コンタクトが前記基板表面の電気伝導性により確保されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の集積型半導体光素子。
【請求項１２】
前記基板が熱伝導性を有することを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の集積型半導体光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積型半導体光素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大規模集積回路（ＬＳＩ）周辺に光機能素子を配置、集積する技術としてシリコンフォトニクスがある。しかし、シリコン材料自体を発光させることは物理的に難しいため、シリコンによる発光素子の実現は困難である。そのため、シリコンフォトニクスにおける光源としては、シリコンフォトニクスプラットフォーム上に化合物半導体発光素子を集積した、シリコン・化合物半導体ハイブリッド構造が用いられることがある。
【０００３】
シリコン・化合物半導体ハイブリッド構造を実現する技術として、例えば非特許文献１には、シリコンフォトニクスプラットフォーム上へ化合物半導体発光素子を直接接合する技術が開示されている。また、非特許文献２には、シリコンフォトニクスプラットフォーム端へ化合物半導体発光素子をフリップチップボンディング（突き合わせ接合）する技術が開示されている。また、非特許文献３には、化合物半導体を用いた半導体薄膜（メンブレン）構造が開示されている。
【０００４】
また、特許文献１、２には、予備加工が施されたシリコンフォトニクスプラットフォーム上に化合物半導体を接合し、接合後の加工プロセスでシリコン部と化合物半導体部に一括して導波路を形成するシリコンフォトニクス光源が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第８３６８９９５号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開２０１３／００５１７２７号明細書
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｍ．Ｊ．Ｒ．Ｈｅｃｋ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ｔｏｐｉｃｓ  ｉｎ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，  ｖｏｌ．１７，  ｐｐ．３３３−３４６（２０１０）
【非特許文献２】Ｓ．Ｔａｎａｋａ  ｅｔ  ａｌ．ｉｎ  ｐｒｏｃ．  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ  Ｃｏｎｆ．，  ＭＢ２（２０１２）
【非特許文献３】Ｓ．Ｍａｔｓｕｏ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ，  ｖｏｌ．２２，  １２１３９（２０１４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、シリコンフォトニクスで用いるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）プラットフォームでは前述したように光発生が不可能なため、パッシブ回路をＳＯＩで構成し、アクティブ素子としてＩＩＩ−Ｖ族半導体レーザをフリップチップボンディングやウェハ接合といった方法で集積する必要がある。しかしながら、ＩＩＩ−Ｖ族半導体レーザとパッシブ回路のモード径が大きく異なることから、スポットサイズ変換が必須となり、製造コストが増加してしまう。また、光源として半導体レーザアレイを用いている場合は、このスポットサイズ変換により製造コストがさらに増加してしまうといった問題があった。
【０００８】
一方、ＳｉやＳｉＯ２の上にＩｎＰテンプレートを貼り付け、さらにその上に結晶成長を行うことも考えられる。これにより、所望のＰＬ発光を得ることができるが、ＳｉウェハとＩｎＰウェハのサイズミスマッチが生じ、量産には不向きであった。
【０００９】
また、非特許文献１に記載の技術は、シリコン・化合物半導体間のエバネッセント結合損失が、内部損失としてレーザ特性に影響するという問題があった。さらに、化合物半導体をシリコン上に接合した後、この化合物半導体は複雑なプロセスを経て製造されるため、コストが高くなってしまう問題もあった。
【００１０】
また、非特許文献２に記載の技術は、前述したようにスポットサイズの変換と、半導体光増幅素子のアラインメントが必要であり、コストが増加する問題あった。また、半導体レーザアレイの場合は、さらにこのコストが増加してしまう。
【００１１】
また、非特許文献３に記載の技術は、光集積回路におけるアクティブ部とパッシブ部を実現するために，バットジョイント再成長を行う必要があり、接合後に高温の結晶成長工程、拡散工程を経る必要がある。したがって、接合部の信頼性が低下するおそれがあった。また、電流注入構造を作るために、拡散・イオン注入を行う必要がある。この場合、複雑な光集積回路を構成する際に、製造工程が増加してコストが増加する問題があった。
【００１２】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型な光回路でありながら、導波路構造の信頼性が高く、かつ製造コストが低い集積型半導体光素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る集積型半導体光素子は、半導体光素子が配設される基板と、活性層を有する積層構造体及び導波層を有する積層構造体をそれぞれ少なくとも一つ有し、前記半導体光素子を構成する複数の積層構造体と、を備え、前記基板表面は、前記複数の積層構造体とは材料が異なる半導体または誘電体からなり、かつ前記複数の積層構造体よりも低屈折率とされており、前記複数の積層構造体は、前記活性層または前記導波層を含む層が積層された積層体の成長面が、前記基板表面に接合されて形成された積層構造を含み、かつ、前記基板表面から前記活性層中心、及び前記基板表面から前記導波層中心までの高さが等しく、前記複数の積層構造体の前記積層構造同士の接合部は、劈開面同士が接合されて形成されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の一態様に係る集積型半導体光素子において、前記複数の積層構造体は、層構造が異なる積層構造体を含むことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の一態様に係る集積型半導体光素子は、前記複数の積層構造体において、前記活性層及び前記導波層の位置は、基板側に偏位していることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の一態様に係る集積型半導体光素子は、前記複数の積層構造体において、前記積層構造の積層方向と直交する方向の光閉じ込め構造は、一括加工によって形成されていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の一態様に係る集積型半導体光素子において、前記光閉じ込め構造は、ウェットエッチングによるメサ加工により形成されていることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の一態様に係る集積型半導体光素子において、前記光閉じ込め構造は、ドライエッチングによるメサ加工により形成されていることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の一態様に係る集積型半導体光素子において、前記メサ加工により形成されるメサ構造の深さは、前記積層構造体の高さと等しいことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の一態様に係る集積型半導体光素子において、前記メサ加工により形成されるメサ構造の深さは、前記積層構造体の高さよりも小さいことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の一態様に係る集積型半導体光素子において、前記メサ加工により形成されるメサ構造の深さは、前記積層構造体の高さと等しい部分と、前記積層構造体の高さよりも小さい部分とがあることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の一態様に係る集積型半導体光素子は、前記基板表面が電気伝導性を有することを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の一態様に係る集積型半導体光素子は、前記積層構造体において、コンタクトが前記基板表面の電気伝導性により確保されていることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の一態様に係る集積型半導体光素子は、前記基板が熱伝導性を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、小型な光回路でありながら、導波路構造の信頼性が高く、かつ製造コストが低い集積型半導体光素子を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、第１実施形態に係る集積型半導体光素子の概略を示す斜視図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る集積型半導体光素子を光の導波方向と直交する方向から見た概略図である。
【図３】図３は、図１に示す集積型半導体光素子が有するレーザダイの積層構造を示す断面図である。
【図４】図４は、図１に示す集積型半導体光素子が有するパッシブダイの積層構造を示す断面図である。
【図５】図５は、図１に示す集積型半導体光素子の導波路構造を示す概略斜視図である。
【図６】図６は、第１積層体の積層構造を示す断面図である。
【図７】図７は、第２積層体の積層構造を示す断面図である。
【図８】図８は、第１実施形態に係る集積型半導体光素子の製造方法の概略説明図である。
【図９】図９は、第１実施形態に係る集積型半導体光素子におけるレーザダイのメサ構造の概略説明図である。
【図１０】図１０は、第２実施形態に係る集積型半導体光素子が備えるレーザダイの積層構造を示す断面図である。
【図１１】図１１は、第２実施形態に係る集積型半導体光素子におけるレーザダイのメサ構造の概略説明図である。
【図１２】図１２は、第２実施形態に係る集積型半導体光素子におけるレーザダイのメサ構造の概略説明図である。
【図１３】図１３は、第３実施形態に係る集積型半導体光素子の概略構成を示す平面図である。
【図１４】図１４は、第３実施形態に係る集積型半導体光素子を光の導波方向と直交する方向から見た概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、図面を参照して本発明の実施形態に係る集積型半導体光素子について説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と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。
【００２８】
（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係る集積型半導体光素子１について説明する。図１は、第１実施形態に係る集積型半導体光素子１の概略を示す斜視図である。図２は、第１実施形態に係る集積型半導体光素子１を光の導波方向と直交する方向から見た概略図である。
集積型半導体光素子１は、図１、２に示すように、基板１０と、この基板１０の一方の面に配設されたレーザダイ２０（積層構造体）及びパッシブダイ３０（積層構造体）とを備えている。これらのレーザダイ２０及びパッシブダイ３０によって半導体光素子が構成されている。
【００２９】
基板１０は、レーザダイ２０とパッシブダイ３０とを支持する支持基板である。第１実施形態において、基板１０は、Ｓｉ基板１１と、Ｓｉ基板１１表面に形成されたＳｉＯ２層１２とを有している。すなわち、第１実施形態において、基板１０の最表面は、ＳｉＯ２層１２である。
【００３０】
図３は、図１に示す集積型半導体光素子１が有するレーザダイ２０の積層構造を示す断面図である。図４は、図１に示す集積型半導体光素子１が有するパッシブダイ３０の積層構造を示す断面図である。図５は、図１に示す集積型半導体光素子１の導波路構造４１、４２を示す概略斜視図である。
【００３１】
レーザダイ２０は、図３に示すように、基板１０側から順に、ｎ型ＩｎＰクラッド層２１、分離閉じ込め層２２、活性層２３、分離閉じ込め層２４、ｐ型ＩｎＰクラッド層２５、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層２６が積層された導波路構造４１（積層構造）を有している。この導波路構造４１は、メサ構造を有しており、ｎ型ＩｎＰクラッド層２１がメサ構造の底面部となっている。そして、レーザダイ２０は、これらの層の全面を覆う絶縁層２７を有している。
【００３２】
絶縁層２７において、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層２６の上部には、貫通孔が形成されており、この貫通孔に電極２８が埋設されている。また、この電極２８に隣接するように、絶縁層２７には、ｎ型ＩｎＰクラッド層２１まで達する貫通孔が形成され、電極２９が形成されている。
【００３３】
パッシブダイ３０は、図４に示すように、基板１０側から順に、ノンドープＩｎＰクラッド層３１、ノンドープＧａＩｎＡｓＰ光導波路層（導波層）３２、ノンドープＩＰクラッド層３３が積層された導波路構造（積層構造）４２を有している。この導波路構造４２は、メサ構造を有しており、ノンドープＩｎＰクラッド層３１がメサ構造の底面部となっている。そして、パッシブダイ３０は、これらの層を覆う絶縁層２７を有している。
【００３４】
第１実施形態の集積型半導体光素子１の導波路構造４１、４２において、図２に示すように、基板１０表面からの活性層２３の高さ位置と、基板１０表面からの導波層３２の高さ位置とが等しくなっている。また、レーザダイ２０の導波路構造４１と、パッシブダイ３０の導波路構造４２との接合部は、劈開面同士が接合されることにより形成されている。
【００３５】
次に、第１実施形態に係る集積型半導体光素子１の製造方法について、図６から図８を参照して説明する。
まず、ＭＯＶＰＥ（Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法を用いて、ＩｎＰ基板５１上に、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層２６、ｐ型ＩｎＰクラッド層２５、ノンドープのＧａＩｎＡｓＰ分離閉じ込め層２４、活性層２３、ノンドープのＧａＩｎＡｓＰ分離閉じ込め層２２、ｎ型ＩｎＰクラッド層２１を順に積層し、積層体５０を形成する。この積層体５０は、後の工程で加工されてレーザダイ２０の導波路構造４１となる。
【００３６】
なお、積層体５０において、ｎ型ＩｎＰクラッド層２１の成長面（上面）が、基板１０との接合界面になるため，必要に応じてＩｎＧａＡｓやＩｎＧａＡｓＰなどの表面保護層を設けてもよい。
また、ｎ型ＩｎＰクラッド層２１中において、接合部の応力による転位伝搬を抑制する目的で、ＩｎＧａＡｓやＩｎＧａＡｓＰからなる超格子構造を挿入してもよい。
【００３７】
活性層２３の厚さは例えば８０ｎｍ、分離閉じ込め層２２、２４の厚さはそれぞれ例えば５０ｎｍ、ｎ型ＩｎＰクラッド層２１の厚さは例えば５００ｎｍである。
ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層２６において、ドーピング濃度は例えば１×１０１９ｃｍ−３となっており、厚さは例えば１００ｎｍである。
【００３８】
活性層２３は多重量子井戸構造であり、ノンドープＧａＩｎＡｓＰ量子井戸層（例えば、バンドギャップ波長１．５５μｍ）と，ノンドープＧａＩｎＡｓＰ障壁層（例えば、バンドギャップ波長１．２μｍ）とによって構成されている。
この活性層２３は、光集積素子の用途に応じて、半導体レーザの発光層、光変調器の光吸収層または屈折率変化層、光増幅器の増幅層として機能する。
【００３９】
ノンドープのＧａＩｎＡｓＰ分離閉じ込め層２２、２４は、例えばバンドギャップ波長１．２μｍ、活性層２３は、例えば発光波長１．５５μｍ帯である。
【００４０】
次いで、ＩｎＰ基板６１上に、ＭＯＣＶＤ法にてノンドープＩｎＰクラッド層３３、ノンドープＧａＩｎＡｓＰ光導波路層（導波層）３２、ノンドープＩｎＰクラッド層３１を積層し、積層体６０を形成する。この積層体６０は、後の工程で加工されてパッシブダイ３０の導波路構造４２となる。
【００４１】
積層体６０において、ノンドープＩｎＰクラッド層３３の上面が基板１０との接合界面になるため、必要に応じてＩｎＧａＡｓやＩｎＧａＡｓＰによる表面保護層を設けてもよい。また、ノンドープＩｎＰクラッド層３３中に接合部の応力による転位伝搬を抑制する目的で、ＩｎＧａＡｓやＩｎＧａＡｓＰからなる超格子構造を設けても良い。
導波層３２の厚さは例えば１８０ｎｍ、ノンドープＩｎＰクラッド層３１の厚さは５００ｎｍである。
ノンドープＧａＩｎＡｓＰ光導波路層３２は、例えばバンドギャップ波長１．３μｍである。
【００４２】
第１実施形態に係る集積型半導体光素子１において、積層体５０と積層体６０の総厚さは等しくなっている。また、結晶成長方法としてＭＯＶＰＥ法を例にしたが、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法などの結晶成長方法を採用することも可能である。
【００４３】
次いで、上述のようにして作製した積層体５０、６０に対して、必要に応じて表面保護層をエッチングで除去し、ｎ型ＩｎＰクラッド層２１、ノンドープＩｎＰクラッド層３１を露出させる。積層体５０、６０を所定のサイズに切出して、積層体５０、６０の側面に劈開面を形成する。そして、熱酸化プロセスにより形成したＳｉＯ２層１２（例えば厚さ１μｍ）を有する基板１０上に積層体５０、６０を、活性層２３及び導波層３２の光軸が所定の位置となるように配設して、積層体５０、６０の端面接合およびウェハ接合を行う。
【００４４】
具体的には、図８に示すように、基板１０上に、積層体５０、６０同士を、劈開面同士を合わせるように配置し、積層方向に１ＭＰａで加圧し、窒素ガスまたはフォーミングガス雰囲気において３００℃で加熱して接合する。接合方法として、例えばプラズマ（例えば、酸素プラズマ）による活性化接合、親水型接合、疎水型接合などを用いる。
ここで、予め積層体５０、６０のウェハ接合面にＳｉＯ２膜を成膜しておき，このＳｉＯ２膜と基板１０のＳｉＯ２層１２とを接合してもよい。
【００４５】
次いで、上述の接合の後に、積層体５０、６０のＩｎＰ基板５１、６１を除去するプロセスを行う。したがって、この時点での積層構造は、アクティブ領域において上から、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層２６、ｐ型ＩｎＰクラッド層２５、分離閉じ込め層２４、活性層２３、分離閉じ込め層２２、ｎ型ＩｎＰクラッド層２１、基板１０のＳｉＯ２層１２、基板１０のＳｉ基板１１である。
また、パッシブ領域における積層構造は、上から、ノンドープＩｎＰクラッド層３３、ノンドープＧａＩｎＡｓＰ光導波路層３２、ノンドープＩｎＰクラッド層３１、基板１０のＳｉＯ２層１２、基板１０のＳｉ基板１１である。
【００４６】
次に、スパッタ堆積法、プラズマ化学堆積法などを用いて、導波路構造４１、４２の積層方向に直交する光閉じ込め構造の位置を決めるマスクを堆積する。このマスクは、例えば窒化シリコンである。フォトリソグラフィにて、所定の幅のストライプパターンを接合した積層体５０、６０にまたがって連続して形成する。エッチングは、例えばＣＦ４ガスにより行う。次に、形成された窒化シリコンのストライプをマスクとし、接合された積層体５０、６０のエッチングを行う。エッチングはドライエッチング、ウェットエッチングのいずれかの方法で行い、アクティブ領域でｎ型ＩｎＰクラッド層２１が露出した状態になるまで行う。次いで、エッチング前に形成したマスク（窒化シリコン膜）を除去する。
【００４７】
第１実施形態では、図９に示すように、積層体５０は、メサ構造にエッチングされる。このメサ構造は、基板１０まで積層体５０がエッチングされておらず、ｎ型ＩｎＰクラッド層２１が残存している。すなわち、導波路構造４１の高さＨ１に対して、メサ構造の深さＤ１が小さくなっている（図９参照）。
【００４８】
次いで、エッチング前に形成したマスク（窒化シリコン膜）を除去し、プラズマ化学堆積法などを用いて絶縁層２７を堆積する。絶縁層２７の材料は、導波路構造４１、４２より屈折率が低い材料で、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）である。堆積した絶縁層２７に、フォトリソグラフィにより導波路構造４１、４２のｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層２６、ｎ型ＩｎＰクラッド層２１の直上の一部分に窓開けを行い、それぞれの上に電極２８、２９を形成する。
【００４９】
以上のような構成とされた第１実施形態に係る集積型半導体光素子１によれば、基板１０の表面が低屈折率材料（ＳｉＯ２）で構成されているため、基板１０側に光が漏れることを抑制できる。したがって、高屈折率コントラスト導波路構造を化合物半導体で実現することができ、小型の光回路を得ることが可能である。
また、レーザダイ２０において、活性層２３及び導波層３２の位置が基板１０側に偏位していても、基板１０の表面が低屈折率材料で構成されているため、基板１０側から光が漏れることを抑制することが可能である。
【００５０】
また、活性層２３を有する導波路構造４１と導波層３２を有する導波路構造４２とは、劈開面同士が接合された構成とされているので、導波路構造４１、４２の接合の信頼性を高めることができる。
【００５１】
また、第１実施形態に係る集積型半導体光素子１は、コストが高いプロセスや複雑なプロセスを用いずに製造されるので、製造コストを低減することができる。また、結晶成長によるバットジョイント再成長工程などの工程がないため、製造の歩留まりが低下することを抑制できる。
【００５２】
また、集積型半導体光素子１においては、基板１０表面からの活性層２３及び導波層３２の高さが等しくされているので、スポットサイズ変換が不要となり発光素子を集積させることができる。また、基板１０表面からの活性層２３及び導波層３２の高さが等しくされているので、劈開面同士を接合した時に、光軸を厳密に位置合わせした導波路構造４１、４２を得ることができ、複雑なアライメントを必要としない。
【００５３】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る集積型半導体光素子１０１について説明する。第２実施形態において、第１実施形態と同様の構成のものについては、同一の符号を付して記載し、詳細な説明を省略する。
【００５４】
図１０は、第２実施形態に係る集積型半導体光素子１０１が備えるレーザダイ１２０の積層構造を示す断面図である。
集積型半導体光素子１０１は、基板１１０と、この基板１１０上に配設されたレーザダイ１２０（積層構造体）と、パッシブダイ（図示なし）とを備えている。
【００５５】
基板１１０は、レーザダイ１２０とパッシブダイとを支持する支持基板である。第２実施形態において、基板１１０は、Ｓｉ基板１１１と、Ｓｉ基板１１１上に形成されたＳｉＯ２層１１２と、ＳｉＯ２層１１２上に形成されたＩＴＯ（酸化インジウム錫）層１１３を有している。すなわち、第２実施形態において、基板１１０の最表面は、ＩＴＯ層１１３である（図１０、１１参照）。
なお、ＳｉＯ２層１１２上に形成される層は、ＩＴＯ層１１３に限定されるものではなく、例えばＡＺＯ（アルミ添加酸化亜鉛）層などの電気伝導性を有する層であってもよい。
【００５６】
レーザダイ１２０は、図１０に示すように、基板１１０側から順に、ｎ型ＩｎＰクラッド層１２１、分離閉じ込め層２２、活性層２３、分離閉じ込め層２４、ｐ型ＩｎＰクラッド層２５、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層２６が積層された導波路構造（積層構造）１４１を有している。この導波路構造１４１は、メサ構造を有している。レーザダイ１２０は、これらの層を覆う絶縁層２７を有している。
【００５７】
第２実施形態において、メサ構造は、図１１に示すように、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層２６から、ＩＴＯ層１１３に達するまでエッチングされることにより形成されている。すなわち、メサ構造の深さＤ２と、導波路構造１４１のＨ２の高さが等しくなっている。なお、第２実施形態においては、パッシブダイの導波路構造も、レーザダイ１２０の導波路構造１４１と同様のメサ構造とされている。
【００５８】
絶縁層２７において、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層２６の上部には、貫通孔が形成されており、この貫通孔に電極２８が埋設されている。また、この電極に隣接するように、絶縁層２７には、ＩＴＯ層１１３まで達する貫通孔が形成され、電極２９が形成されている。すなわち、第２実施形態において、レーザダイ１２０は、基板１１０のＩＴＯ層１１３（表面）の高い電気伝導性によりコンタクトを確保している。
【００５９】
第２実施形態の集積型半導体光素子１０１の導波路構造においても、基板１１０表面からの活性層２３の高さ位置と、基板１１０表面からの導波層３２の高さ位置とが等しくなっている。また、レーザダイ１２０の導波路構造１４１と、パッシブダイの導波路構造との接合部は、劈開面同士が接合されることにより形成されている。
【００６０】
次に、第２実施形態に係る集積型半導体光素子１０１の製造方法について説明する。なお、積層体５０、６０を製造する方法は、第１実施形態で説明した方法と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【００６１】
積層体５０、６０を製造した後に、積層体５０、６０を所定のサイズに切出して、積層体５０、６０の側面に劈開面を形成する。熱酸化膜を表面に有するＳｉ基板１１１に対して、ＲＦスパッタリング（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）法により酸化インジウム錫（ＩＴＯ）成膜し、基板１１０とする。そして、第１実施形態で説明した方法と同様にして、基板１１０と積層体５０、６０との端面接合およびウェハ接合を行う。ここで，積層体５０、６０のウェハ接合面にＩＴＯ膜を予め成膜しておき、積層体５０、６０のＩＴＯ膜と基板１１０のＩＴＯ層同士で接合を行ってもよい。
【００６２】
接合後、それぞれの積層体５０、６０のＩｎＰ基板５１、６１を除去するプロセスを行う。したがって、この時点での積層構造は、アクティブ領域においては、上から，ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層２６、ｐ型ＩｎＰクラッド層２５、分離閉じ込め層２４、活性層２３、分離閉じ込め層２２、ｎ型ＩｎＰクラッド層１２１、ＩＴＯ層１１３、ＳｉＯ２層１１２、Ｓｉ基板１１１である。
また、パッシブ領域において積層構造は、上から，ノンドープＩｎＰクラッド層３３、ノンドープＧａＩｎＡｓＰ光導波路層３２、ノンドープＩｎＰクラッド層３１、ＩＴＯ層１１３、ＳｉＯ２層１１２、Ｓｉ基板１１１である。
【００６３】
次に、スパッタ堆積法、プラズマ化学堆積法などを用いて、導波路構造において各層の積層方向に直交する方向の光閉じ込め構造を決めるマスクを堆積する。このマスクは、例えば、窒化シリコンである。フォトリソグラフィにて所定の幅のストライプパターンを、接合した複数の積層体５０、６０にまたがって連続して形成し、例えばＣＦ４ガスによりエッチングを行う。次いで、エッチング前に形成したマスク（窒化シリコン膜）を除去する。
【００６４】
第２実施形態においては、前述のエッチングは、ＩＴＯ層１１３が露出するまで（基板１１０まで到達するまで）行う。すなわち、導波路のメサ構造は、図１１に示すように、導波路構造１４１の高さとメサ構造の深さとが等しくなるように形成する。エッチングはドライエッチング、ウェットエッチングのいずれかの方法で行う。
【００６５】
次いで、エッチング前に形成したマスク（窒化シリコン膜）を除去し、プラズマ化学堆積法などを用いて絶縁層２７を堆積する。絶縁層２７の材料は、積層体５０、６０より屈折率が低い材料で、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）である。堆積した絶縁層２７に、フォトリソグラフィにより積層構造のｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層２６、ＩＴＯ層１１３の直上の一部分に窓開けを行い、それぞれの上に電極２８、２９を形成する。第２実施形態においては、電極２９は、ＩＴＯ層１１３に達するように形成する。
【００６６】
以上のような構成とされた第２実施形態に係る集積型半導体光素子１０１においても、集積型半導体光素子１と同様の効果を奏する。
また、集積型半導体光素子１０１は、基板のＩＴＯ層１１３によって半導体光素子としての電気伝導性を確保することが可能とされている。
【００６７】
図１２は、第２実施形態に係る集積型半導体光素子１０１におけるレーザダイ１２０のメサ構造の概略説明図である。レーザダイ１２０は、基板１１０上に、アクティブ側の導波路構造を複数有する場合、図１２に示すように、メサ構造が基板１１０まで達する導波路構造１４１と、メサ構造が基板１１０まで達していない導波路構造４１とを有していても良い。このとき、導波路構造４１においては、ｎ型ＩｎＰクラッド層２１とＩＴＯ層１１３とのいずれか一方からコンタクトを確保すれば良い。
また、集積型半導体光素子１０１においては、基板１１０がＩＴＯ層１１３を有するので、アクティブ側の導波路構造を複数有する場合でも、共通のＩＴＯ層１１３からコンタクトを確保できる。
【００６８】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る集積型半導体光素子２０１について説明する。図１３は、第３実施形態に係る集積型半導体光素子２０１の概略構成を示す平面図である。
集積型半導体光素子２０１は、図１３に示すように、半導体レーザアレイ２１１と、半導体レーザアレイ２１１からの出力光が入力される光導波路アレイ２２１と、光導波路アレイ２２１から入力された光を合流させて出力する光合流器２２２と、光合流器２２２からの出力光を増幅する半導体光増幅器としてのＳＯＡ２３１と、このＳＯＡ２３１からの出力光が入力される光導波路２４１と、を備えている。
【００６９】
すなわち、この集積型半導体光素子２０１は、半導体レーザアレイ２１１からなるレーザダイ２１０と、光導波路アレイ２２１及び光合流器２２２からなるパッシブダイ２２０と、ＳＯＡ２３１からなるレーザダイ２３０と、光導波路２４１からなるパッシブダイ２４０と、を備えている。また、集積型半導体光素子２０１は、これらを１つの基板１０上に集積している。
【００７０】
半導体レーザアレイ２１１は、複数の半導体レーザとしてのＤＦＢ（分布帰還型：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ）レーザ２１２−１〜２１２−Ｎ（Ｎは２以上の整数）を有する。
ＤＦＢレーザ２１２−１〜２１２−Ｎは、各ＤＦＢレーザ発振波長に対応する周期を有する回折格子を備える。そして、各ＤＦＢレーザに備えられた回折格子の周期を互いに異ならせることにより、出力光が単一モード発振のレーザ光となり、そのレーザ発振波長が約１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍの範囲で互いに相違するように構成されている。また、ＤＦＢレーザ２１２−１〜２１２−Ｎの各発振波長は、半導体レーザアレイ１の設定温度を変化させることにより微調整することができる。すなわち、半導体レーザアレイ２１１は、駆動するＤＦＢレーザの切り替えと温度調整（制御）とにより、広い波長可変範囲を実現している。
【００７１】
なお、温度調整によるＤＦＢレーザ２１２−１〜２１２−Ｎのそれぞれのレーザ発振波長の微調整の範囲は、３ｎｍ程度以下とすることが好ましい。したがって、約１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍの波長範囲をカバーするためには、ＤＦＢレーザ２１２−１〜２１２−Ｎの個数は１２以上が好ましく、たとえば１６である。ただし、Ｎの値は特に限定されない。また、ＤＦＢレーザ２１２−１〜２１２−Ｎの発振波長の範囲は、たとえば約１５７０ｎｍ〜１６１０ｎｍとしてもよく、特に限定されない。
【００７２】
光導波路アレイ２２１は、半導体レーザアレイ２１１のＤＦＢレーザ２１２−１〜２１２−Ｎからの出力光がそれぞれ入力されるＮ個の光導波路２２１−１〜２２１−Ｎを有する。光導波路２２１−１〜２２１−Ｎは、半導体レーザアレイ２１１と光合流器２２２との間に形成されており、半導体レーザアレイ２１１の各ＤＦＢレーザと光合流器２２２のＮ個の入力ポートとを光学的に接続している。
光合流器２２２は、Ｎ個の入力ポートと１つの出力ポートとを有するＭＭＩ（Ｍｕｌｔｉ−Ｍｏｄｅ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）型光カプラである。なお、光合流器２２２は、ＭＭＩ型光カプラに限定されず、たとえばフレネルカプラのような他のＮ×１光カプラでもよい。
【００７３】
ＳＯＡ２３１は、光合流器２２２の１つの出力ポートに接続している。ＳＯＡ２３１は、半導体レーザアレイ２１１の各ＤＦＢレーザと同様のメサ構造を有する。ＳＯＡ２３１においても、活性層の幅は、たとえば１．４μｍ以上１．７μｍ以下であるが、半導体レーザアレイ２１１が出力するレーザ光を単一モードで導波できる幅であれば特に限定はされない。
【００７４】
上述のような構成とされた、レーザダイ２１０、２３０、パッシブダイ２２０、２４０は、例えば第１実施形態で説明したレーザダイ１０、パッシブダイ３０と略同一の積層構造を有する。
図１４は、第３実施形態に係る集積型半導体光素子２０１を光の導波方向と直交する方向から見た概略図である。レーザダイ２１０、パッシブダイ２２０、レーザダイ２３０、及びパッシブダイ２４０の導波路構造の接合部は、劈開面同士が接合されることにより形成されている。そして、これらのレーザダイ２１０、２３０、及びパッシブダイ２２０、２４０は、活性層２３及び導波層３２が、基板１０表面から等しい位置に形成されている。したがって、第３実施形態に係る集積型半導体光素子２０１においても、集積型半導体光素子１、１０１と同様の効果を奏する。
【００７５】
なお、上記の実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【００７６】
例えば、上記実施形態においては、Ｓｉ基板上に半導体光素子を構成する場合について説明したが、ＡｌＮ基板上に半導体光素子を形成しても良い。ＡｌＮ基板を用いた場合には、熱伝導性がＳｉ基板よりも高いので半導体光素子の放熱をより効率的に行うことができる。
【符号の説明】
【００７７】
１、１０１、２０１  集積型半導体光素子
１０、１１０  基板
１１、１１１  Ｓｉ基板
１２、１１２  ＳｉＯ２層
２０、１２０、２１０、２３０  レーザダイ
２１、１２１  ｎ型ＩｎＰクラッド層
２２  分離閉じ込め層
２３  活性層
２４  分離閉じ込め層
２５  ｐ型ＩｎＰクラッド層
２６  ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層
２７  絶縁層
２８、２９  電極  
３０、２２０、２４０  パッシブダイ
３１  ノンドープＩｎＰクラッド層
３２  ノンドープＧａＩｎＡｓＰ光導波路層（導波層）
３３  ノンドープＩＰクラッド層
４１、４２  導波路構造
５０  積層体
５１  ＩｎＰ基板
６０  積層体
６１  ＩｎＰ基板
１１３  ＩＴＯ層
２１１  半導体レーザアレイ
２１２−１〜２１２−Ｎ  ＤＦＢレーザ
２２１  光導波路アレイ
２２１−１〜２２１−Ｎ、２４１  光導波路
２２２  光合流器
２３１  ＳＯＡ
２４１  光導波路
【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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