(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の半導体層により形成された第１のコア層を有する第１の半導体光導波路と、
前記第１の半導体光導波路の側面を埋め込む第２の半導体層と、
前記第１の半導体光導波路の上に形成された電極と、
前記第１の半導体層よりもバンドギャップ波長の短い第３の半導体層によって形成された第２のコア層を有し、前記第１の半導体光導波路に光学的に接続された第２の半導体光導波路を、具備し、
前記第２の半導体層は、前記第１の半導体光導波路と前記第２の半導体光導波路の境界を越えて前記第２の半導体光導波路の側面の一部を埋め込み、
且つ、前記電極が前記境界と前記第２の半導体光導波路の側面を埋め込む前記第２の半導体層の端の間に延在し、当該第２の半導体層の端および前記境界から前記電極の端部が離隔している光半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光半導体装置において、
前記第２の半導体層が、前記境界から５μｍ以上１５μｍ以下の範囲内に延在していることを特徴とする光半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光半導体装置において、
前記第２の半導体層が、半絶縁性半導体層及びｐｎ埋め込み層の何れか一方であることを特徴とする光半導体装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載の光半導体装置において、
前記第２の半導体光導波路の幅が前記境界に向かって、漸増していることを特徴とする光半導体装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかに記載の光半導体装置において、
前記第１の光半導体導波路が、半導体光増幅器、半導体レーザ装置、光変調器、位相変調器からなる群から選択された何れかの光半導体素子であることを特徴とする光半導体装置。
【請求項６】
第１の半導体層によって形成された第１のコア層を有する第１の半導体光導波路と、
前記第１の半導体層よりもバンドギャップ波長の短い第２の半導体層によって形成された第２のコア層を有し、前記第１の半導体光導波路に光学的に接続された第２の半導体光導波路とを、形成し、
前記第１の半導体光導波路の側面を埋め込む第３の半導体層を、前記第１の半導体光導波路と前記第２の半導体光導波路の境界を越えて該第２の半導体光導波路の側面の一部を埋め込むように形成し、
前記境界と前記第２の半導体光導波路の側面の一部を埋め込む前記第３の半導体層の端の間に延在し、当該第３の半導体層の端および前記境界から前記電極の端部が離隔するように、前記第１のコア層への電流の注入を行うための電極を形成する光半導体光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の半導体光導波路が光学的に接続されることによって形成された光半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、半導体レーザ２と半導体受動導波路４が集積化された光導波路付き半導体レーザ６の斜視図である。ここで、図１（ａ）は、光導波路付き半導体レーザ６の全体図である。一方、図１（ｂ）は、半導体埋め込み層８を透かして半導体レーザ２を透視した、光導波路付き半導体レーザ６の透視図である。
【０００３】
光導波路付き半導体レーザ６（図１（ｂ）参照）のような、光を発生又は光増幅する活性層を第１のコア層１０とする半導体光導波路１２（以下、第１の光導波路と呼ぶ）と、第１のコア層１０よりもバンドギャップ波長の短い半導体層によって形成された第２のコア層１４を有する半導体光導波路１６（以下、第２の光導波路と呼ぶ）とが光学的に接続された構造は、集積化光半導体装置の基本構造である。
【０００４】
図１（ｂ）に示すように、活性層を備えた第１の光導波路１２の側面は、通常、半導体埋め込み層８によって覆われている。これは、側面が露出した活性層（コア層１０）が、酸化等によって変質することを防止して、光半導体装置の長期安定性を確保するためである。
【０００５】
光導波路付き半導体レーザのように半導体光導波路が光学的に接続された構造体を形成する方法としては、２つの方法が報告されている。
【０００６】
第１の方法では、まず、第１のコア層を含む第１のスラブ導波路と、第２のコア層を含む第２のスラブ導波路が、半導体基板の上で突合せ接合（butt-joint）するように形成される。
【０００７】
次に、第１のスラブ導波路が直線状に加工されて第１の光導波路１２が形成され、その後、半導体埋め込み層によって第１の光導波路の側面が埋め込まれる。更に、第２のスラブ導波路が、直線状で且つ第１の光導波路に接続するように加工され、第２の光導波路１６となる（特許文献１）。
【０００８】
第１及び第２の光導波路間の光学的接続を良好なものとするためには、第１及び第２の光導波路の中心軸を一致させる必要がある。しかし、第１の方法では、僅か１〜２μｍ幅の半導体光導波路に対して光露光装置を操作しなければならない。このため第１の方法には、半導体光導波路の中心軸のズレが起こりやすいという問題がある（特許文献２）。
【０００９】
このような中心軸のズレが発生すると、第１及び第２の光導波路間の光結合率が低下し、光損失が発生する。このため、第１の方法によって形成した集積化光半導体装置は、損失が大きく、満足のいく特性を有していない。
【００１０】
そこで、第１及び第２の光導波路を同時に形成する第２の方法が開発された（特許文献２）。
【００１１】
図２は、第２の方法を説明する斜視図である。
【００１２】
まず、第１のコア層１０を含む第１のスラブ導波路と、第２のコア層１４を含む第２のスラブ導波路が、ｎ型の半導体基板１７の上に一の境界面（突合せ接合面２２）で接するように形成される。
【００１３】
次に、第１及び第２のスラブ導波路の上に、突合せ接合面２２を跨いで、直線状の第１のマスク１８が形成される。この第１のマスク１８をエッチングマスクとして、第１及び第２のスラブ導波路がエッチングされる。
【００１４】
このエッチングにより、図２（ａ）に示すように、エッチングマスク１８で保護された領域には、中心軸１９,１９´が完全に一致した第１及び第２の光導波路１２,１６が形成される。
【００１５】
次に、図２（ｂ）に示すように、第１のマスク１８によって頂上が保護された状態の第２の光導波路１６を覆い、更にその両脇に延在する第２のマスク２０が形成される。ここで、第１及び第２のマスク１８,２０は、夫々例えばＳｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３膜で形成される。
【００１６】
次に、図３（ａ）に示すように、第１及び第２のマスク１８,２０で覆われていない半導体基板上に、ｐ型の半導体層とｎ型の半導体層を有する半導体埋め込み層８が選択成長される。その後、第１及び第２のマスク１８,２０が除去される。
【００１７】
この第２の方法によれば、第１及び第２の光導波路１２,１６が、直線状の単一のマスクをエチングマスクとして形成されるので、第１及び第２の光導波路１０,１６の中心軸は完全に一致する。
【００１８】
従って、第１及び第２の光導波路間の光結合率は高くなる。故に、第２の方法によって形成された集積化光半導体装置の特性は良好である。
【特許文献１】特開２００２−２３２０６９
【特許文献２】特開平８−１６２７０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
上記第２の方法によれば、中心軸が略完全に一致した状態で、２本の半導体光導波路を光学的に接続することができる。
【００２０】
しかし、これだけでは、半導体光導波路間の光学的接続は完全ではない。
【００２１】
図３（ａ）に示されるように、第１の光導波路１２は、その両脇が半導体埋め込み層８によって埋め込まれている。すなわち、第１のコア層１０は、縦方向だけでなく半導体基板に水平な横方向も半導体によって覆われている。このため、第１のコア層１０の横方向の屈折率変化は極僅かである。
【００２２】
このため、第１のコア層１０からは、伝播光が半導体埋め込み層８に滲みだしている。従って、第１の光導波路１２を伝播する光の横方向のビーム径は、第１の光導波路１２の幅２４より広くなる。
【００２３】
一方、第２の光導波路層１６の両脇は、空の状態すなわち屈折率が略１.０の状態である。従って、半導体（屈折率；３.０〜４.０）によって形成された第２のコア層１６に対する横方向の屈折率変化は２．０〜３．０と非常に大きい。このため、第２のコア層１６を伝播する光は、略完全に第２の光導波路１６に閉じ込められる。
【００２４】
従って、第１及び第２の光導波路１２,１６の幅２４,２４´が等しい場合には、夫々の光導波路を伝播する光の電界強度分布が整合しない。このため、第１の光導波路１２から第２の光導波路１６に光が伝播する際、光損失が発生する（すなわち、光結合率が小さくなる。）。尚、ここで「光の電界強度分布」と呼んでいるものは、正確には、光の進行方向に垂直な面内の電界強度分布のことである。
【００２５】
このような電界強度分布の不一致を解消するためには、第２の光導波路１６を、第１の光導波路１２より幅広に形成することが有効である。
【００２６】
図４は、このような第１及び第２の光導波路１２,１６の平面図である。同図に示すように、第２の光導波路１６の幅２４´は、第１の光導波路１２の幅２４より広く形成されている。このようにすると、第１の光導波路１２の電界強度分布２６と、第２の光導波路１６の電界強度分布２６´は略一致させることができる。従って、第１及び第２の光導波路１２,１６間の光結合率が高くなる。
【００２７】
この場合、第１及び第２の光導波路の幅は、突合せ接合面２２と半導体埋め込み層８の端２８が一致するとの仮定の下で、光結合率が高くなるように設計される。
【００２８】
半導体光導波路を形成する半導体材料（例えば、ＩｎＰ）の屈折率は３．０を超える。従って、半導体光導波路を伝播する光の波長（例えば、１．５５μｍ）は、当該光導波路中では優に１μｍを下回る。従って、突合せ接合面２２と半導体埋め込み層の端２８も、１μｍ以下の精度で一致させることが必要と考えられる。
【００２９】
このような一致を得るためには、半導体埋め込み層８の選択成長に用いる第２のマスク２０の端と突合せ接合面２２を、１μｍ以下の精度で一致させなければならない（図２（ｂ）参照）。
【００３０】
従って、第２のマスク２０を形成するためには、ステッパ（縮小投影露光装置）や電子線描画装置のよう高精度露光装置を用いて、半導体基板１７の上に堆積した絶縁体膜（例えば、Ａｌ２Ｏ３等）を加工する必要がある。
【００３１】
このような高精度露光装置は、活性層を有する第１の光導波路上に電極を形成する際にも必要になる。
【００３２】
図５は、電極３０が形成された第１の光導波路１２と第２の光導波路１６の状態を説明する平面図である。ここで、第１の光導波路１２は、電極３０を通して透視した状態で描かれている（以下、同様）。
【００３３】
図５には、電極３０の端３２が、半導体埋め込み層８の端２８に一致した理想的な状態が描かれている。しかし、ステッパや電子線描画装置のような高精度露光装置を使用しない限り、電極３０と半導体埋め込み層８の端を一致させることは事実上困難である。
【００３４】
図６は、電極３０が半導体埋め込み層８の端２８から外れた状態を説明する平面図である。
【００３５】
図６（ａ）は、電極３０の端３２が、半導体埋め込み層８の内側に形成された状態を説明する平面図である。一方、図６（ｂ）は、電極３０の端３２が、半導体埋め込み層８の外側に形成された状態を説明する平面図である。
【００３６】
図６（ａ）のように、電極の端３２が半導体埋め込み層８の内側に形成された場合、突合せ接合面２２と電極の端３２の間の領域３４には、電極３０が存在していない。このため、この領域３４に存在する活性層は、電極３０で覆われた領域３６に存在する活性層で発光又は増幅された光を吸収してしまう。その結果、光半導体装置の出力が低下する。
【００３７】
一方、図６（ｂ）のように、電極の端３２が半導体埋め込み層８の外側に形成された場合、電極３０は、第２の光導波路１６の上に延在するだけでなく、その一部３８は第２の光導波路１６から食み出してしまう。第２の光導波路１６から食み出した電極３０は、第２の光導波路１６を形成するためのエッチングよって露出した基板１７に接触する。このため、電極３０を通して活性層に注入されるべき電流の一部が、基板に漏れてしまう。
【００３８】
このように、電極の端３２が半導体埋め込み層の端２８に一致しないと、完成した光半導体装置の特性劣化（光出力の低下等）や動作不良（注入電流の漏れ）が起きる。このような特性劣化や動作不良を回避するためには、電極３０も、ステッパや電子線描画装置のような高精度露光装置を使用して形成する必要がある。
【００３９】
以上説明したように、活性層を有する第１の光導波路（すなわち、発光又は光増幅機能を有する光導波路）と第２の光導波路（例えば、受動導波路）を光学的に接続するためには、高精度露光装置が必要である。しかしながら、高精度露光装置は極めて高価である。
【００４０】
そこで、本発明の目的は、コンタクト露光装置や投影露光装置のような安価な露光装置で製造可能な、発光又は光増幅機能を有する第１の光導波路（例えば、半導体レーザや半導体光増幅器）と第２の光導波路（例えば、受動導波路）が光学的に接続された光半導体装置を提供することである。尚、光半導体装置には、集積化半導体装置が含まれるものとする。
【課題を解決するための手段】
【００４１】
上記の目的を達成するために、本発明の一側面は、第１の半導体層により形成された第１のコア層を有する第１の半導体光導波路と、前記第１の半導体光導波路の側面を埋め込む第２の半導体層と、前記第１の半導体光導波路の上に形成された電極と、前記第１の半導体層よりもバンドギャップ波長の短い第３の半導体層によって形成された第２のコア層を有し、前記第１の半導体光導波路に光学的に接続された第２の半導体光導波路を、具備し、前記第２の半導体層は、前記第１の半導体光導波路と前記第２の半導体光導波路の境界を越えて前記第２の半導体光導波路の側面の一部を埋め込み、且つ、前記電極が前記境界と前記第２の半導体光導波路の側面を埋め込む前記第２の半導体層の端の間に延在している。
【００４２】
上記側面に従う光半導体装置では、前記第２の半導体層が、前記第１の半導体光導波路と前記第２の半導体光導波路の境界を越えて前記第２の半導体光導波路の側面の一部を埋め込んでいるので、コンタクト露光装置（又は投影露光装置）を用いて容易に製造することができる。
【００４３】
更に、前記第２の半導体層が、前記第１の半導体光導波路と前記第２の半導体光導波路の境界を越えて前記第２の半導体光導波路の側面の一部を埋め込んでいるので、前記第２の半導体光導波路の端と前記境界との間に前記電極を容易に形成することができる。
【００４４】
従って、上記側面に従う光半導体装置は、動作不良（注入電流の漏れ）や特性劣化（出力の減少等）を起すことがない。更に、上記側面に従う光半導体装置では、第１及び第２の光導波路が高効率に結合される。
【発明の効果】
【００４５】
本発明によれば、発光又は光増幅機能を有する第１の光導波路（例えば、半導体レーザや半導体光増幅器）と第２の光導波路（例えば、半導体受動導波路）が高効率で光学的に接続されており、且つ動作不良（注入電流の漏れ）や特性劣化（出力の減少等）を起さない光半導体装置を、コンタクト露光装置や投影露光装置のような安価な光露光装置を用いて製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。
【００４７】
（実施の形態１）
本実施の形態は、コンタクト露光装置又は投影露光装置で製造が可能な光導波路付き半導体レーザ６に関するものである。
【００４８】
（１）装置構成
図７は、このような光導波路付き半導体レーザ４０の平面図である。図８は、図７のＡ−Ａ´線に沿った光導波路付き半導体レーザ４０の断面図である。また、図９は、図７に示された、第１の光導波路１２（半導体レーザ）に第２の光導波路１６（半導体受動導波路）が接続されている領域Ｂを拡大した平面図である。
【００４９】
本実施の形態に従う光導波路付き半導体レーザ４０は、図７及び図８に示すように、光増幅機能を有する第１の半導体層（即ち、活性層４６）によって形成された第１のコア層１０を備える第１の半導体光導波路１２と、第１の半導体光導波路１０の側面を埋め込む第２の半導体層（半導体埋め込み層８）を有している。ここで第１の光導波路１２は、活性層の沿って延在する回折格子（図示せず）を有している。
【００５０】
また、光導波路付き半導体レーザ４０は、第１の半導体光導波路１２の上に形成された、第１のコア層１０に電流を注入するための電極３０を有している。
【００５１】
また、光導波路付き半導体レーザ４０は、第１の半導体層（活性層４６）よりもバンドギャップ波長の短い第３の半導体層によって形成された第２のコア層１４を有し、第１の半導体光導波路１２に光学的に接続された第２の半導体光導波路１６を具備している。
【００５２】
そして、本実施の形態に係る光導波路付き半導体レーザ４０では、図９に示すように、第２の半導体層（半導体埋め込み層８）が、第１の半導体光導波路１２と第２の半導体光導波路１６の境界（突合せ接合面２２）から、コンタクト露光装置の位置合せ精度（例えば、５μｍ）の１倍以上３倍以下（例えば、５μｍ以上１５μｍ以下）延在して、第２の半導体光導波路１６の側面を埋め込んでいる。尚、図９には、第１及び第２の光導波路１２,１６は、電極３０を通して透視した状態で描かれている。
【００５３】
更に、本実施の形態に係る光導波路付き半導体レーザ４０では、電極３０が上記境界（突合せ接合面２２）と上記第２の半導体層（半導体埋め込み層８）の端２８との間に延在している。
【００５４】
ここで、第２の半導体層（半導体埋め込み層８）は、上記境界（突合せ接合面２２）から、コンタクト露光装置ではなく投影露光装置の位置合せ精度（例えば、３μｍ）の１倍以上３倍以下（例えば、３μｍ以上９μｍ以下）延在していてもよい。
【００５５】
（２）製造方法
次に、この光導波路付き半導体レーザ４０が、コンタクト露光装置又は投影露光装置によって製造可能な理由を製造方法に従って説明する。
【００５６】
図１０は、本実施の形態に従う光導波路付き半導体レーザ４０の製造手順の一例を説明するフロー図である。図１１乃至図１３は、本実施の形態に従う光導波路付き半導体レーザ４０の製造方法の一例を説明する平面工程図である。
【００５７】
（ステップＳ２）
まず、ｎ型ＩｎＰで形成された半導体基板１７の上に、有機金属気相成長法（MOVPE: metal organic vapor phase epitaxy）を用いて、ｎ型ＩｎＰ製の下部クラッド層４２と、ＩｎＧａＡｓＰ製の下部ＳＣＨ（Separate Confinement Heterostrucure）層４４と、バンドギャップ波長λｇが１．５５μｍのＩｎＧａＡｓＰ製の活性層４６と、上部ＳＣＨ層４８と、ｐ型ＩｎＰ製の上部クラッド層５０と、ＩｎＧａＡｓＰ製のコンタクト層５２が順次積層されて、第１の半導体積層構造５４が形成される（図８参照）。尚、活性層４６は、ＩｎＧａＡｓＰ製の多重量子井戸(MQW: multi-quantum-well)としてもよい。また、活性層４６の近傍には、図示されていない回折格子が形成される。
【００５８】
ここで、下部ＳＣＨ層４４、活性層４６、及び上部ＳＣＨ層４８は、第１のコア層１０を形成される。
【００５９】
次に、この第１の半導体積層構造５４の一部を、除去して半導体基板１７を露出させる。この露出した半導体基板１７の上に、有機金属気相成長法（MOVPE: metal organic vapor phase epitaxy）を用いて、ｎ型ＩｎＰ製の下部クラッド層４２´と、バンドギャップ波長λｇが１．３μｍのノンドープＩｎＧａＡｓＰ製の第２のコア層１４と、ｐ型ＩｎＰ製の上部クラッド層５０´が順次積層されて、第２の半導体積層構造５６が形成される（図８及び図１１（ａ）参照）。
【００６０】
すなわち、本工程により、突合せ接合面２２を境に、第１及び第２の半導体積層構造５４,５６が突き合わされた突合せ構造体５８が形成される（図１１（ａ）参照）。
【００６１】
（ステップＳ４）
次に、この突合せ構造体５８の上に、例えばＳｉＯ２膜が堆積される。
【００６２】
次に、フォトリソグラフィー技術を用いてこのＳｉＯ２膜を加工して、図１１（ｂ）に示すように、第１の半導体積層構造５４側では２．０μｍ幅であり且つ第２の半導体積層構造５６側では２．５μｍ幅の直線状のＳｉＯ２製エッチングマスク６０が形成される。尚、図１１乃至図１３は、突合せ接合面２２の近傍を拡大した図面である。
【００６３】
エッチングマスク６０の加工は、以下のような手順に従って行われる。
【００６４】
図１４は、本実施の形態に従う光導波路付き半導体レーザの製造に使用するフォトマスクの平面図である。
【００６５】
まず、上記ＳｉＯ２膜の上にフォトレジストを塗布する。
【００６６】
次に、ＳｉＯ２製エッチングマスク６０と同一形状の不透明領域６２を有するフォトマスク（図１４（ａ）参照）を用意し、このフォトマスクを介して、ＳｉＯ２膜上に塗布されたフォトレジストに紫外線を照射する。紫外線の照射には、コンタクト露光装置または投影露光装置（以下、単に光露光装置と呼ぶ）が用いられる。この際、光露光装置は、不透明領域６２の幅が変わる不連続線６４と（突合せ構造体５８の）突合せ接合面２２が一致するように操作される。
【００６７】
その後、フォトレジストが現像され、不透明領域６２と同一形状のフォトレジスト製エッチングマスク（図示せず）が形成される。このフォトレジスト製エッチングマスクをマスクとして、上記ＳｉＯ２膜がエッチングされ、ＳｉＯ２製エッチングマスク６０が形成される（図１１（ｂ）参照）。
【００６８】
（ステップＳ６）
次に、このＳｉＯ２製エッチングマスク６０をマスクとして、突合せ構造体５８が、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）反応性イオンエッチングによってエッチングされる。このエッチングによって、第１及び第２の光導波路１２,１６が形成される（図１２（ａ）参照）。
【００６９】
ここまでの手順（ステップＳ２〜Ｓ６）によって、上記「装置構成」で説明した構成のうち、第１の半導体層（活性層）によって形成された第１のコア層１０を有する第１の半導体光導波路１２と、第１の半導体（活性層）よりもバンドギャップ波長の短い半導体層によって形成された第２のコア層１４を有し第１の半導体光導波路１２に光学的に接続された第２の半導体光導波路１６とが、光露光装置を用いて形成される。尚、活性層とは、光増幅機能を有する半導体層のことである。
【００７０】
（ステップＳ８）
次に、第１及び第２の光導波路１２,１６が形成された半導体基板１７の上に、例えばＡｌ２Ｏ３膜が堆積される。
【００７１】
次に、フォトリソグラフィー技術を用いてこのＡｌ２Ｏ３膜を加工して、ＳｉＯ２製エッチングマスク６０で頂上が覆われたままの第２の光導波路１６及びその近傍を覆うように、突合せ接合形成用マスク６６が形成される（図１２（ｂ）参照）。
【００７２】
Ａｌ２Ｏ３膜の加工は、ステップＳ４で説明したＳｉＯ２製エッチングマスク６０と略同様の手順に従って行われる。但し、フォトレジスト製エッチングマスクは、図１４（ｂ）に示すような矩形の不透明領域６２´を有するフォトマスクを用いて形成される。
【００７３】
また、突合せ接合面２２から光露装置の精度の２倍の距離だけ第２の光導波路１６側に入った位置に、不透明領域６２´の端６８が来るように光露光装置が操作され、その後フォトレジストへの紫外線照射が行われる。
【００７４】
ここで光露光装置の精度とは、熟練した作業者が当該光露光装置を操作してフォトレジスト膜を感光し、更にこのフォトレジスト膜を現像して所望の形状（レジストパターン）に成型した場合に、当該形状が目標位置からどの程度ズレるかを示す指標である。
【００７５】
図１５は、目標位置に対するレジストパターンのズレδの分布を説明する図である。露光パターンのズレδは、図１５に示すような正規分布に従うと考えられる。図１５の横軸は、ズレδをその標準偏差σで正規化した値である。一方、縦軸は、ズレδが発生する頻度（密度関数）を表している。
【００７６】
正規分布の性質から明らかなように、パターンのズレδは、略１００％（正確には、９９．７％）、−３σ＜δ＜＋３σの範囲内で発生する（図１５参照）。光露光装置の精度と呼ばれているのは、この３σのことである。
【００７７】
よく知られているように、コンタクト露光装置の精度は５μｍである。従って、コンタクト露光装置を用いて形成した、レジストパターンの位置ズレ分布の標準偏差を３倍すると、５μｍになる。一方、投影露光装置の精度は３μｍである。従って、投影露光装置を用いて形成した、レジストパターンの位置ズレ分布の標準偏差を３倍すると、３μｍになる。
【００７８】
図１６は、Ａｌ２Ｏ３製の突合せ接合形成用マスク６６を形成するために使用するレジストパターンのズレ分布を説明する図である。図１６の左上部には、光露光装置の位置合せ精度を単位とする目盛り７４が示されている。
【００７９】
上述したように、本ステップでは、突合せ接合面２２から光露光装置の精度の２倍の距離だけ第２の光導波路１６側に入った位置に、不透明領域６２´の端６８が来るように光露光装置が操作される。従って、不透明領域６２´が転写されたフォトレジストパターンの端７０は、図１６に示すように、突合せ接合面２２から第２の光導波路１６側に、光露光装置の位置合せ精度の１倍以上３倍以下に亘って広がる範囲７２の内部に分布する。
【００８０】
具体的には、コンタクト露光装置を用いた場合、（突合せ接合形成用マスク６６を形成するための）フォトレジストパターンの端７０は、突合せ接合面２２から第２の光導波路１６側に５μｍ（＝１０μｍ−５μｍ、すなわち５μｍ×１）以上１５μｍ（＝１０μｍ＋５μｍ、すなわち５μｍ×３）の範囲に分布する。一方、投影露光装置を用いた場合、フォトレジストパターンの端７０は、突合せ接合面２２から第２の光導波路１６側に３μｍ（＝６μｍ−３μｍ、すなわち３μｍ×１）以上９μｍ（＝６μｍ＋３μｍ、すなわち３μｍ×３）の範囲に分布する。
【００８１】
（ステップＳ１０）
次に、ＭＯＶＰＥ法を用いて、図１３（ａ）のように、突合せ接合形成用マスク６６及びＳｉＯ２製エッチングマスク６０で覆われていない領域に、例えば半絶縁性ＩｎＰ製の半導体埋め込み層８が成長される。尚、半絶縁性ＩｎＰの代わりに、ｐ型ＩｎＰ、ｎ型ＩｎＰ、及びｐ型ＩｎＰが積層されたＰＮ埋め込み構造を成長してもよい。
【００８２】
すなわち、ステップＳ８及びＳ１０では、第１の半導体光導波路１２の側面を埋め込む半導体埋め込み層８が、第１の半導体光導波路１２と第２の半導体光導波路層１６の境界（すなわち、突合せ接合面２２）から光露光装置の位置合せ精度の２倍の距離まで延在するように、光露光装置を用いて形成される。
【００８３】
その結果、上記「装置構成」で説明した構成のうち、第１の半導体光導波路１２と第２の半導体光導波路１６の境界（突合せ接合面２２）から、コンタクト露光装置（又は投影露光装置）の位置合せ精度の１倍以上３倍以下延在して、第２の半導体光導波路１６の側面を埋め込む半導体埋め込み層８が形成される。
（ステップＳ１２）
次に、突合せ接合形成用マスク６６及びＳｉＯ２製エッチングマスク６０が除去される。
【００８４】
次に、光露光装置を用いて、例えばリフトオフ法によって電極３０が形成される。
【００８５】
この時、リフトオフ用レジスト膜を形成するために、図１４（ｃ）に示すような電極３０に対応した透明領域７６を備えたフォトマスクが使用される。
【００８６】
図１３（ｂ）に示すように、この透明領域７６一方側の端７８が、半導体埋め込み層８の端２８と突合せ接合面２２の中央８０に来るように、光露光装置が操作されてリフトオフ用レジスト膜が形成される。
【００８７】
次に、リフトオフ用レジスト膜が形成された面にｐ型コンタクト用の電極材料が蒸着され、その後、余分な電極材料がリフトオフ用レジスト膜と伴に除去される。
【００８８】
次に、半導体基板１７の裏面に、ｎ型コンタクト用の電極材料が蒸着される。
【００８９】
最後に、熱処理が施され、ｐ型及びｎ型コンタクト用の電極材料を、夫々コンタクト層及び半導体基板が夫々反応する。
【００９０】
すなわち、本ステップでは、光露光装置を用いて、半導体埋め込み層８の端２８及び突合せ接合面２２の中央８０に、突合せ接合面２２から延在するように、第１のコア層への電流の注入を行うための電極３０が形成される（図１３（ｂ）参照）。
【００９１】
ところで、上記説明から明らかなように、光露光装置の位置合せ誤差により、半導体埋め込み層の端２８と突合せ接合面２２の間隔は、光露光装置の精度の１倍以上３倍以下になる。上述したように、光露光装置の精度は、形成されたレジストパターンの位置ズレ分布の標準偏差σの３倍である。従って、半導体埋め込み層の端２８と突合せ接合面２２の間隔が一番狭い場合（すなわち、当該間隔が位置合せ精度の１倍の場合）でも、半導体埋め込み層の端２８は、電極の端３２の形成予定位置（半導体埋め込み層の端２８と突合せ接合面２２の中央）から上記標準偏差σの１．５倍（＝３σ×０．５）離れていることになる。同様に、突合せ接合面２２も、電極の端３２の形成予定位置から上記標準偏差σの１．５倍（＝３σ×０．５）離れていることになる。
【００９２】
図１７は、図１５に示した位置ズレの発生頻度（図１５の縦軸）を、−δから＋δ間で積分して得られる位置ズレの累積分布である。横軸は、位置ズレ量δをその標準偏差σで規格化した値である。縦軸は、位置ズレの累積分布すなわち位置ズレが−δからδの間にある確率である。
【００９３】
この図から明らかなように、電極の端２８は、約９０％の確率で半導体埋め込み層の端２８と突合せ接合面２２の間に形成される。すなわち、本実施の形態に従う製造方法によれば、光露光装置を用いても、約９０％の確率で、突合せ接合面２２と半導体埋め込み層の端２８の間に電極の端３２を延在させることができる。
【００９４】
従って、本ステップにより、上記「装置構成」で説明した構成のうち、第１の半導体光導波路１２の上に形成され、突合せ接合面２２と半導体埋め込み層の端２８の間に延在している電極が形成される。
【００９５】
以上説明したことから明らかなように、本実施の形態に従う製造方法によれば、安価な光露光装置を用いて、上記「装置構成」で説明した光導波路付き半導体レーザ４０を製造することができる。
【００９６】
（３）動作及び特性
上述したように、本実施の形態に従う光導波路付き半導体レーザ４０では、図１３（ｂ）に示すように、電極３０が、突合せ接合面２２と半導体埋め込み層の端２８の間に延在している。
【００９７】
従って、第１の光導波路１２の頂上は、完全に電極３０によって覆われている。このため、活性層４６全体に電流が注入されるので、活性層中に、伝播光に対して吸収体として作用する領域が生じることはない。故に、本実施の形態に従う光導波路付き半導体レーザ４０では、光導波路付き半導体レーザ４０の出力が低下するような動作不良が生じることはない。
【００９８】
また、電極３０は突合せ接合面２２と半導体埋め込み層の端２８の間に延在しているので、電極３０が、半導体埋め込み層８の外側に食み出すことはない。従って、電極３０の一部が、第１及び２の光導波路１２,１６を形成するためのエッチングよって露出した基板１７に接触して、活性層に注入されるべき電流の一部が基板に漏れることもない。
【００９９】
ところで、本実施の形態に従う光導波路付き半導体レーザ４０では、光導波路１２,１６の幅が切り替わる位置８２が、半導体埋め込み層８の内側に形成されている（図７参照）。この場合、第１及び第２の光導波路１２,１６を伝播する光の電界分布がその接合面で一致しなくなり、光結合損失が発生する虞がある。
【０１００】
図７に示すような、第１の光導波路１２に対して第２の光導波路１６の幅を広くした構造は、半導体埋め込み層の端２８が光導波路幅切り替え位置８２に一致しているという条件の下で、第１及び第２の光導波路間の結合損失が最低になるように設計されたものである。従って、両方が一致しない場合には、結合損失が増大する。
【０１０１】
図１８は、光導波路幅切り替え位置８２が半導体埋め込み層８の内部に入り込んだ距離（Ｚ軸オフセットΔＺ）と結合損失の関係を示す図である。図１８の横軸は、Ｚ軸オフセットを表す。一方、縦軸は、第１及び第２の光導波路間の結合損失を表している。
【０１０２】
図１８は、上述した第１及び第２の光導波路１２,１６（導波路幅２．０μｍ及び２．５μｍ）に対して、数値計算によって結合損失求めた結果である。図１８には、ＴＥモード及びＴＭモードの夫々についての結合損失が示されている。
【０１０３】
尚、図１９には、第１の光導波路１２と第２の光導波路１６が位置ズレしたまま接合された状態が示されている。この図中には、Ｚ軸オフセットΔＺ及び後述するＸ軸オフセットが図示されている。
【０１０４】
図１８に示すように、過剰損失（ΔＺ＝０の場合に対する結合損失の増加）は、ΔＺ＝１０μｍでも高々-０．２５ｄＢにしかならない。また、ΔＺが１０μｍを超えても、結合損失の増加は僅かである（例えば、ΔＺ＝１５μｍでの過剰損失は、０．１５ｄＢである）。
【０１０５】
従って、光導波路幅切り替え位置８２が、半導体埋め込み層８の内側に形成されても、結合損失の増加による光導波路付き半導体レーザの特性劣化（出力の低下等）は殆どない。
【０１０６】
ところで、上記ステップＳ４で説明した通り、突合せ接合面２２で光導波路１２,１６の幅が変化するように光露光装置が操作される。しかし、光導波路幅切り替え位置８２は、光露光装置の精度の範囲内で、突合せ接合面２２から位置ズレする。しかし、このようなズレが発生しても、第１及び第２の光導波路１２,１６は、組成の近似した半導体によって形成されているので、上記計算結果はさほど変化しない。
【０１０７】
また、突合せ接合面２２の位置を考慮すれば、光導波路幅切り替え位置８２が、半導体埋め込み層８から食み出さないことは明らかである。
【０１０８】
尚、比較のため、図２０に、第１及び第２の光導波路の中心軸がズレた場合の結合損失を示す。図２０の横軸は、第１及び第２の光導波路の中心軸のズレ（Ｘ軸オフセット；図１９参照）を表している。一方、縦軸は、第１及び第２の光導波路間の結合損失である。図２０に示すように、中心軸が僅かにズレただけでも、結合損失は著しく増加する。
【０１０９】
以上説明した通り、本実施の形態では、上記第２の半導体層が、上記第１の半導体光導波路と上記第２の半導体光導波路の境界から、コンタクト露光装置及び投影露光装置の何れか一方の位置合せ精度の１倍以上３倍以下延在して、上記第２の半導体光導波路の側面を埋め込み、且つ、上記電極が、上記境界と上記第２の半導体層の端の間に延在している。
【０１１０】
すなわち、本実施の形態に従う光半導体装置は、上記第２の半導体層が、上記第１の半導体光導波路と上記第２の半導体光導波路の境界から、コンタクト露光装置及び投影露光装置の何れか一方の位置合せ精度の１倍以上３倍以下延在している。従って、コンタクト露光装置及び投影露光装置の何れか一方を用いて容易に製造することができる。
【０１１１】
更に、上記第２の半導体層の端と上記境界の間隔が、コンタクト露光装置及び投影露光装置の何れか一方の位置合せ精度の１倍以上３倍以下延在しているので、上記電極を確実に上記間隔の間に形成することができる。
【０１１２】
従って、本実施の形態に従う光半導体装置は、動作不良（注入電流の漏れ）や特性劣化（出力の減少等）を起すことがない。更に、本実施の形態に従う光半導体装置では、第１及び第２の光導波路が高効率に結合される。
【０１１３】
故に、本実施の形態に従う光導波路付き半導体レーザは、安価な光露光装置を用いて製造しても、電極形成位置のズレに起因する動作不良（注入電流の漏れ）や特性劣化（出力の減少等）を起すことはない。
【０１１４】
（実施の形態２）
本実施の形態は、コンタクト露光装置又は投影露光装置で製造が可能な光導波路付き半導体レーザであって、テーパ状に変化する光導波路付き半導体レーザに関するものである。
【０１１５】
図２１は、本実施の形態に従う光導波路付き半導体レーザ８２の平面図である。本実施の形態に従う光導波路付き半導体レーザ８２の構成は、第１の光導波路１２（半導体レーザ）に接するテーパ領域８６で、第２の光導波路１６の幅が、第１の光導波路１２に向かってテーパ状に広がっている。
【０１１６】
実施の形態１で説明したように、結合損失を小さくするために第２の光導波路の幅を第１の光導波路より広くすることが有効である。しかし、導波路幅が広くなり過ぎると、第２の光導波路がマルチモードになってしまう。このような光導波路付き半導体レーザが搭載されると、集積化光装置の特性は劣化する。
【０１１７】
このような場合には、図２１に示すように、第１の光導波路１２から離れ直線領域８８では、第２の光導波路１６の幅を単一モード条件を満たすように細くし、第１の光導波路１２に接するテーパ領域８６では第２の光導波路１６の幅をテーパ状に少しずつ広げればよい（すなわち、導波路幅が断熱的に変化するようにすればよい。）。
【０１１８】
このような光導波路構造では、第１の光導波路１２で発生又は増幅された光は、テーパ領域８６に入射しても高次モードは励起せず基本モードのまま直線領域８８に到達する。
【０１１９】
従って、本実施の形態によれば、第２の光導波路１６が単一モードを維持したままで、光結合損失を小さくすることができる。
【０１２０】
尚、第２の光導波路１６の幅を、第１の光導波路と結合損失を最小とする幅より広くしたい場合には、図２１に示した例とは逆にテーパ領域８６で導波路幅を第１の光導波路１２に向かって少しずつ狭くすればよい。
【０１２１】
（実施の形態３）
本実施の形態は、光導波路付き半導体光増幅器がアレイ状に集積化された光ゲートスイッチに関するものである。
【０１２２】
図２２は、本実施の形態に従う光ゲートスイッチ９０の平面図である。本実施の形態に従う光ゲートスイッチ９０は、半導体光増幅器（ＳＯＡ；semiconductor optical amplifier）に受動光導波路が接続された複数の光導波路付き半導体光増幅器９２と、この光導波路付き半導体光増幅器９２が入力側に並列に接続された多モード干渉(MMI； multimode interference)カプラー９４と、この多モード干渉カプラー９４の出力側に接続された光導波路付き半導体光増幅器９２´を備えている。
【０１２３】
光導波路付き半導体光増幅器９２の構成は、活性層の近傍に回折格子が設けられていない点を除き、実施の形態１に従う光導波路付き半導体レーザ４０と略同じである。
【０１２４】
入力側の光導波路付き半導体光増幅器９２が形成する各チャンネルに入射した信号光は、半導体光増幅器のスイッチ機能により選択され、多モード干渉カプラー９４によって、出力側の光導波路付き半導体光増幅器９２´に導かれる。そして、出力側の光導波路付き半導体光増幅器９２´は、選択された光信号を増幅して出力する。すなわち、本実施の形態に従う光ゲートスイッチ９０は、所望のチャネルに入射した光を選択して出力することができる。
【０１２５】
本実施の形態に従う光ゲートスイッチ９０では、半導体光増幅器の頂上全体に電流注入用の電極が形成されている。従って、光ゲートスイッチ９０を形成する各半導体光増幅器の増幅率は高い。また、半導体光増幅器と光導波路の結合率が高いので、高品質な信号処理が可能になる。
【０１２６】
尚、ＭＭＩの代わりに平坦フィールドカプラー(FFC；field flattened coupler)を用いてもよい。尚、平坦フィールドカプラーの詳細は、M. Bouda 等によって報告されている（M. Bouda, S. Takabayashi, K. Morito and Y. Kotaki, Proceedings of CPT (Contemporary Photonics Technology) International Symposium, “Novel power splitter with significantly reduced device length,” E-16, pp.91-92,Tokyo, Japan, Jan. 2002.）。
【０１２７】
（実施の形態４）
本実施の形態は、光導波路付き半導体レーザがアレイ状に集積化されたモノリシック集積型波長可変光源９６に関するものである。
【０１２８】
図２３は、本実施の形態に従うモノリシック集積型波長可変光源９６の平面図である。本実施の形態に従うモノリシック集積型波長可変光源９６は、実施の形態１に従う複数の光導波路付き半導体レーザ４０と、この複数の光導波路付き半導体レーザ４０が入力側に接続された多モード干渉カプラー９４と、この多モード干渉カプラー９４の出力側に接続された光導波路付き半導体光増幅器９２を備えている。
【０１２９】
但し、複数の光導波路付き半導体レーザ４０は、夫々が少しずつ異なる波長の光を出射するように回折格子の周期が調整されている。
【０１３０】
各半導体レーザ（ＬＤ）で発生したレーザ光は、多モード干渉カプラー９４によって半導体光増幅器（ＳＯＡ）に導かれ、ＳＯＡによって増幅された後出力される。従って、動作させる半導体レーザを切り替えることにより、出力光の波長を制御することができる。
【０１３１】
本実施の形態に従うモノリシック集積型波長可変光源９６では、半導体レーザ（ＬＤ）及び半導体光増幅器（ＳＯＡ）の頂上全体に電流注入用の電極が形成されている。従って、半導体レーザ（ＬＤ）及び半導体光増幅器（ＳＯＡ）の出力は大きい。また、半導体レーザ（ＬＤ）及び半導体光増幅器と夫々に接続された光導波路の結合率が高いので、光の損失が小さい。
【０１３２】
従って、本実施の形態に従うモノリシック集積型波長可変光源９６によれば、大きな出力パワーを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３３】
【図１】光導波路付き半導体レーザの斜視図である。
【図２】２本の半導体光導波路が光学的に接続された構造体の第２の形成方法を説明する工程図である(その１)。
【図３】２本の半導体光導波路が光学的に接続された構造体の第２の形成方法を説明する工程図である(その２)。
【図４】第１の光導波路と、第１の光導波路より幅広に形成された第２の光導波路の平面図である。
【図５】第１の光導波路の上に電極が形成された状態を説明する平面図である。
【図６】電極が半導体埋め込み層の端から外れた状態を説明する平面図である。
【図７】実施の形態１に係る光導波路付き半導体レーザの平面図である。
【図８】図７のＡ−Ａ´線の沿った光導波路付き半導体レーザの断面図である。
【図９】図７に示された、半導体受動導波路と半導体レーザが接続されている領域Ｂを拡大した平面図である。
【図１０】実施の形態１に従う光導波路付き半導体レーザの製造手順を説明するフロー図である。
【図１１】実施の形態１に係る光導波路付き半導体レーザの製造方法を説明する平面工程図である（その１）。
【図１２】実施の形態１に係る光導波路付き半導体レーザの製造方法を説明する平面工程図である（その２）。
【図１３】実施の形態１に係る光導波路付き半導体レーザの製造方法を説明する平面工程図である（その３）。
【図１４】実施の形態１に係る光導波路付き半導体レーザの製造に用いられるフォトマスクの構成を説明する図である。
【図１５】光露光装置を用いて形成された形状（パターン）のズレの分布を説明する図である。
【図１６】突合せ接合形成用マスクの形成すに使用するレジストマスクの形成位置のズレを説明する図である。
【図１７】光露光装置を用いて形成された形状（パターン）のズレの累積分布を説明する図である。
【図１８】光導波路の接合面が半導体埋め込み層の内部に入り込んだ距離ΔＺと第１及び第２の光導波路間の結合損失の関係を説明する図である。
【図１９】第１の光導波路と第２の光導波路が位置ズレして接合された状態を説明する図である。
【図２０】第１及び第２の光導波路の中心軸がズレた場合の結合損失を説明する図である。
【図２１】実施の形態２に従う光導波路付き半導体レーザの平面図である。
【図２２】実施の形態３に従う光ゲートスイッチの平面図である。
【図２３】実施の形態４に従うモノリシック集積型波長可変光源の平面図である。
【符号の説明】
【０１３４】
２・・・半導体レーザ      ４・・・半導体受動導波路
６・・・光導波路付き半導体レーザ      ８・・・半導体埋め込み層
１０・・・第１のコア層      １２・・・第１の光導波路      
１４・・・第２のコア層      １６・・・第２の光導波路
１７・・・半導体基板      １８・・・第１のマスク
１９,１９´・・・中心軸      ２０・・・第２のマスク
２２・・・突合せ接合面      ２４,２４´・・・導波路幅
２６,２６´・・・電界強度分布      ２８・・・半導体埋め込み層の端
３０・・・電極      ３２・・・電極の端
３４・・・突合せ接合面と電極端の間の領域
３６・・・電極で覆われた領域      ３８・・・食み出した電極
４０・・・光導波路付き半導体レーザ（実施の形態１）
４２・・・下部クラッド層      ４４・・・下部ＳＣＨ層
４６・・・活性層        ４８・・・上部ＳＣＨ層        ５０・・・上部クラッド層
５２・・・コンタクト層      ５４・・・第１の半導体積層構造
５６・・・第２の半導体積層構造      ５８・・・突合せ構造体      
６０・・・ＳｉＯ２製エッチングマスク
６０・・・不透明領域      ６４・・・不連続線
６６・・・突合せ接合形成用マスク      ６８・・・不透明領域の端
７０・・・不透明領域が転写されたフォトレジストパターンの端
７２・・・フォトレジストパターンの端の分布範囲
７４・・・位置合せ精度を単位とする目盛り
７６・・・透明領域        ７８・・・透明領域の端
８０・・・半導体埋め込み層の端と突合せ接合面の中央
８２・・・導波路幅の切り替わり位置      
８４・・・光導波路付き半導体レーザ（実施の形態２）
８６・・・テーパ領域      ８８・・・直線領域
９０・・・光ゲートスイッチ      ９２,９２´・・・光導波路付き半導体光増幅器
９４・・・ＭＭＩ        ９６・・・モノリシック集積型波長可変光源
【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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