特開 2016-162878 光半導体装置及び光半導体装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2016-162878(P2016-162878A)

(43)【公開日】2016年9月5日

(54)【発明の名称】光半導体装置及び光半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/022 20060101AFI20160808BHJP

   H01S 5/024 20060101ALI20160808BHJP

   H01S 5/028 20060101ALI20160808BHJP

【ＦＩ】

   H01S5/022

   H01S5/024

   H01S5/028

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-40072(P2015-40072)

(22)【出願日】2015年3月2日

(71)【出願人】

【識別番号】000154325

【氏名又は名称】住友電工デバイス・イノベーション株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100136722

【弁理士】

【氏名又は名称】▲高▼木 邦夫

(74)【代理人】

【識別番号】100174399

【弁理士】

【氏名又は名称】寺澤 正太郎

(72)【発明者】

【氏名】渡邊 孝幸

【テーマコード（参考）】

5F173

【Ｆターム（参考）】

5F173AA21

5F173AH06

5F173AL03

5F173AL05

5F173AL13

5F173AR68

5F173AR72

5F173MC12

5F173MD07

5F173MD16

5F173MD82

(57)【要約】

【課題】長寿命を有する光半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】
光半導体装置１は、半導体レーザ３と、半導体レーザ３を搭載する第１面４ａ、及び半導体レーザ３の導波路１２の一方の端面に対向する第２面４ｂを有するキャリア２と、端面と第２面４ｂとの間に設けられ、半導体レーザ３及びキャリア２の両方に接着される接着部と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体レーザと、
前記半導体レーザを搭載する第１面、及び前記半導体レーザの導波路の一方の端面に対向する第２面を有するキャリアと、
前記端面と前記第２面との間に設けられ、前記半導体レーザ及び前記キャリアの両方に接着される接着部と、
を備える光半導体装置。

【請求項2】

前記端面には、順に積層された第１、第２及び第３の絶縁膜を含む反射膜が設けられ、
前記第１の絶縁膜は、前記接着部側に位置しており、
前記第２の絶縁膜の屈折率は、前記第１及び前記第３の絶縁膜の屈折率より高く、
前記第２の絶縁膜の厚さは、前記半導体レーザから発振される光の波長のａ／４倍であり、
ａは、１以上の奇数である、請求項１に記載の光半導体装置。

【請求項3】

前記反射膜は、前記第３の絶縁膜側から順に積層された、第４及び第５の絶縁膜をさらに含み、
前記第４の絶縁膜の屈折率は、前記第１、前記第３及び前記第５の絶縁膜の屈折率より高く、
前記第４の絶縁膜の厚さは、前記半導体レーザから発振される光の波長のｂ／４倍であり、
ｂは、ａと異なる数であると共に１以上の奇数である、請求項２に記載の光半導体装置。

【請求項4】

前記キャリアは、酸化アルミニウム，銅タングステン，窒化アルミニウム，ケイ素及び炭化ケイ素の少なくとも一つを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光半導体装置。

【請求項5】

前記キャリアとは独立して設けられるヒートシンクと、
前記ヒートシンクに搭載される集積回路と、
をさらに備え、
前記キャリアは、前記第２面及び前記第２面に交差する頂面が含まれる突出部を有し、
前記突出部の前記頂面には、伝送線路基板が設けられており、
前記半導体レーザは、前記伝送線路基板及びワイヤを介して、前記集積回路に電気的に接続される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光半導体装置。

【請求項6】

前記伝送線路基板における前記集積回路側の一端から前記集積回路までの距離は、前記キャリアにおける前記集積回路側の側面から前記集積回路までの距離よりも近い、請求項５に記載の光半導体装置。

【請求項7】

端面、前記端面と異なる面である表面、及び前記端面に設けられた反射膜を有する半導体レーザと、
前記表面に対向する第１面、及び前記端面に対向する第２面を有するキャリアと、
を備える光半導体装置において、
前記キャリアの前記第１面上に第１接着部を形成すると共に、前記キャリアの前記第２面上に第２接着部を形成する工程と、
前記半導体レーザの表面を前記第１接着部に当接させると共に、前記反射膜を前記第２接着部に当接させることによって、前記半導体レーザを前記キャリアに接合する工程と、
を備える光半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光半導体装置及び光半導体装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

光通信における発光素子として、直接変調型の半導体レーザ素子が用いられている。例えば特許文献１には、電極ストライプ幅及びクラッド層のキャリア濃度を適正に定めることにより、高速動作が可能な直接変調型の半導体レーザ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】特開平５−２９７０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例えば上述のような直接変調型の半導体レーザ素子では、高出力を得るために、一方の光出射面を含む端面に反射膜を形成することがある。この反射膜が形成された端面近傍は、光吸収により発熱しやすい。この発熱による温度上昇により端面近傍の材料が変質し、その吸収係数が増加すると、端面近傍の温度はさらに上昇していく。結果として、上記半導体レーザ素子では、端面が融解する等の光学損傷（ＣＯＤ：Catastrophic Optical Damage）が発生することがある。半導体レーザ素子において光学損傷が発生すると寿命が劣化してしまう。

【0005】

本発明は、長寿命を有する光半導体装置及びその製造方法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】

【0006】

本発明の一形態に係る光半導体装置は、半導体レーザと、半導体レーザを搭載する第１面、及び半導体レーザの導波路の一方の端面に対向する第２面を有するキャリアと、端面と第２面との間に設けられると共に、半導体レーザ及びキャリアの両方に接着される接着部と、を備える。

【0007】

本発明の他の一形態に係る光半導体装置の製造方法は、端面、端面と異なる面である表面、及び端面に設けられた反射膜を有する半導体レーザと、表面に対向する第１面、及び端面に対向する第２面を有するキャリアと、を備える光半導体装置において、キャリアの第１面上に第１接着部を形成すると共に、キャリアの第２面上に第２接着部を形成する工程と、半導体レーザの表面を第１接着部に当接させると共に、反射膜を第２接着部に当接させることによって、半導体レーザをキャリアに接合する工程と、を備える。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、長寿命を有する光半導体装置及びその製造方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１（ａ）は、第１実施形態に係る光半導体装置の一部を示す平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線矢視断面図であり、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＩｃ−Ｉｃ線矢視断面図である。

【図2】図２（ａ）は、図１（ｃ）において反射膜７の一部及びその周辺を拡大した図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）の別の態様を示す拡大図である。

【図3】図３（ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態に係る光半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。

【図4】図４（ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態に係る光半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。

【図5】図５（ａ）は、比較例に係る光半導体装置の一部を示す平面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＶｂ−Ｖｂ線矢視断面図である。

【図6】図６（ａ）は、第１実施形態の第１変形例に係る光半導体装置の一部を示す平面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＶＩｂ−ＶＩｂ線矢視断面図である。

【図7】図７（ａ）は、第１変形例に係る光半導体装置を示す平面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ線矢視断面図である。

【図8】図８は、比較例に係る光半導体装置を示す平面図である。

【図9】図９（ａ）は、第１実施形態の第２変形例に係る光半導体装置を示す平面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＩＸｂ−ＩＸｂ線矢視断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。本願発明の一実施形態は、半導体レーザと、半導体レーザを搭載する第１面、及び半導体レーザの導波路の一方の端面に対向する第２面を有するキャリアと、端面と第２面との間に設けられると共に、半導体レーザ及びキャリアの両方に接着される接着部と、を備える光半導体装置である。

【0011】

この光半導体装置によれば、半導体レーザの導波路の一方の端面と、キャリアの第２面とは、接着部を介して互いに接合している。この場合、上記端面近傍にて光吸収により発生した熱は、半導体レーザからキャリアの第１面に伝達するだけでなく、半導体レーザの端面から接着部を介してキャリアの第２面に伝達する。これにより、半導体レーザの端面近傍の温度が上昇しにくくなり、光学損傷等の発生が抑制される。したがって、長寿命を有する光半導体装置を提供できる。

【0012】

また、端面には、順に積層された第１、第２及び第３の絶縁膜を含む反射膜が設けられ、第１の絶縁膜は、前記接着部側に位置しており、第２の絶縁膜の屈折率は、第１及び第３の絶縁膜の屈折率より高く、第２の絶縁膜の厚さは、半導体レーザから発振される光の波長のａ／４倍であり、ａは、１以上の奇数であってもよい。この場合、導波路からキャリアの第２面側に出射する光を、反射膜によって良好に反射できる。

【0013】

また、反射膜は、第３の絶縁膜側から順に積層された、第４及び第５の絶縁膜をさらに含み、第４の絶縁膜の屈折率は、第１、第３及び５の絶縁膜の屈折率より高く、第４の絶縁膜の厚さは、半導体レーザから発振される光の波長のｂ／４倍であり、ｂは、ａと異なる数であると共に１以上の奇数であってもよい。この場合、導波路からキャリアの第２面側に出射する光を、反射膜によって一層良好に反射できる。

【0014】

また、キャリアは、酸化アルミニウム，銅タングステン，窒化アルミニウム，ケイ素及び炭化ケイ素の少なくとも一つを含んでもよい。この場合、キャリアは熱伝導率の高い材質を含むので、半導体レーザにて発生した熱を良好にキャリアに伝達できる。

【0015】

また、上記光半導体装置は、キャリアとは独立して設けられるヒートシンクと、ヒートシンクに搭載される集積回路と、をさらに備え、キャリアは、第２面及び第２面に交差する頂面が含まれる突出部を有し、突出部の頂面には、伝送線路基板が設けられており、半導体レーザは、伝送線路基板及びワイヤを介して、集積回路に電気的に接続されてもよい。この場合、半導体レーザと集積回路とを互いに電気的に接続するためのワイヤの長さを、伝送線路基板がキャリアに設けられている分短くできる。これにより、光半導体装置のサイズを変更することなく、ワイヤによる信号損失等を抑制できる。

【0016】

また、伝送線路基板における集積回路側の一端から集積回路までの距離は、キャリアにおける集積回路側の側面から集積回路までの距離よりも近くてもよい。この場合、ワイヤの長さをさらに短くすることができ、当該ワイヤによる信号損失等をより抑制できる。

【0017】

本願発明の他の一実施形態は、端面、端面と異なる面である表面、及び端面に設けられた反射膜を有する半導体レーザと、表面に対向する第１面、及び端面に対向する第２面を有するキャリアと、を備える光半導体装置において、キャリアの第１面上に第１接着部を形成すると共に、キャリアの第２面上に第２接着部を形成する工程と、半導体レーザの表面を第１接着部に当接させると共に、反射膜を第２接着部に当接させることによって、半導体レーザをキャリアに接合する工程と、を備える光半導体装置の製造方法である。

【0018】

この光半導体装置の製造方法によれば、半導体レーザの表面を第１接着部に当接させると共に、反射膜を第２接着部に当接させることによって、半導体レーザをキャリアに接合する。この場合、上記端面近傍にて光吸収により発生した熱は、半導体レーザの表面から第１接着部を介してキャリアの第１面に伝達するだけでなく、半導体レーザの端面から反射膜及び第２接着部を介してキャリアの第２面に伝達する。これにより、半導体レーザの端面近傍の温度が上昇しにくくなり、光学損傷等の発生が抑制される。したがって、上記製造方法によれば、長寿命を有する光半導体装置を提供できる。

【0019】

［本願発明の実施形態の詳細］
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

【0020】

（第１実施形態）
図１（ａ）は、第１実施形態に係る光半導体装置の一部を示す平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線矢視断面図である。図１（ｃ）は、図１（ａ）のＩｃ−Ｉｃ線矢視断面図である。図１（ａ）〜（ｃ）に示されるように、光半導体装置１は、キャリア２に搭載される半導体レーザ３を有する。以下では、図１（ａ）の所定方向を方向Ｄ１とし、図１（ａ）の所定方向に交差する方向を方向Ｄ２とし、キャリア２の厚さ方向を方向Ｄ３と定義する。本実施形態では、方向Ｄ１と方向Ｄ２とは互いに直交しており、方向Ｄ１（又は方向Ｄ２）と方向Ｄ３とは互いに直交している。

【0021】

キャリア２は、熱伝導率の高い材料から構成される部材である。キャリア２は、例えば酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ），銅タングステン（ＣｕＷ），窒化アルミニウム（ＡｌＮ），ケイ素（Ｓｉ）及び炭化ケイ素（ＳｉＮ）の少なくとも一つを含んでいる。本実施形態に係るキャリア２は、ＣｕＷから構成されており、導電性を有する。

【0022】

キャリア２は、略矩形状の基材の一部に段差４が設けられた部材である。この段差４は、例えばキャリア２の一部を除去することにより形成されており、方向Ｄ３に交差する方向（方向Ｄ１及び方向Ｄ２）に沿って延在する第１面４ａ、及び方向Ｄ３に沿って延在する第２面４ｂを有する。本実施形態では、第１面４ａと第２面４ｂとは、互いに垂直又は略垂直である。第１面４ａ上には、第１接着部５が設けられている。第１接着部５は、キャリア２と半導体レーザ３とを互いに接合するためのものであり、例えば導電性を有するＡｕＳｎ、ＳｎＩｎ、ＳｎＢｉ、又はＩｎＡｇＳｂ等の合金製はんだである。また、第２面４ｂ上には、第２接着部６が設けられている。第２接着部６は、キャリア２と半導体レーザ３とを互いに接合するためのものであり、例えば融点が１２０℃程度の銀含有エポキシ樹脂（Ａｇ−エポキシ樹脂）、及び融点が２００℃程度のアルミニウム含有エポキシ樹脂（Ａｌ−エポキシ樹脂）の混合物等が用いられる。

【0023】

キャリア２の段差４が設けられている主面側には、第２面４ｂ及び当該第２面４ｂに交差する頂面４１ａを有する突出部４１が設けられている。突出部４１は、方向Ｄ３に沿って第１面４ａよりもキャリア２の外側（上方）に突出している。本実施形態では、頂面４１ａと第２面４ｂは、互いに垂直又は略垂直である。図１（ｂ）に示されるように、頂面４１ａは、方向Ｄ３において第１面４ａよりもキャリア２の外側に位置し、方向Ｄ３から見て第１面４ａと並んで設けられている。

【0024】

半導体レーザ３は、段差４に搭載される直接変調型のレーザ素子である。図１（ａ）に示されるように、半導体レーザ３の形状は、方向Ｄ３から見て四角形状となっている。半導体レーザ３の方向Ｄ１に沿った長さ（素子長）は、例えば２００μｍ〜５００μｍであり、方向Ｄ２に沿った長さ（幅）は、例えば２００μｍ〜５００μｍである。図１（ｃ）に示されるように、半導体レーザ３は、後述する導波路１２に沿った一対の表面３ａ，３ｄと、導波路１２の共振端面をそれぞれ含む一対の端面３ｂ，３ｃとを有する。半導体レーザ３の表面３ａと、キャリア２の第１面４ａとは互いに対向しており、第１接着部５を介して互いに接合している。

【0025】

半導体レーザ３の一対の端面３ｂ，３ｃは方向Ｄ１と交差する。一方の端面３ｂ上には、絶縁性の反射膜７が設けられている。反射膜７は、例えば酸化チタン（ＴｉＯ_２）からなる層、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）からなる層、酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）からなる層、及び窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる層の内、少なくとも２種類以上の層を含む。反射膜７の合計厚さは、例えば７５０ｎｍ〜１４６０ｎｍである。反射膜７は、例えば全反射条件を満たす厚さを有することが好ましい。

【0026】

図２（ａ）は、図１（ｃ）において反射膜７の一部及びその周辺を拡大した図である。図２（ａ）に示されるように、反射膜７は、例えば半導体レーザ３の端面３ｂ側から方向Ｄ１に沿って順に積層された、低屈折率膜７ａ、高屈折率膜７ｂ、低屈折率膜７ｃ、高屈折率膜７ｄ、低屈折率膜７ｅ、高屈折率膜７ｆ、低屈折率膜７ｇを含む。低屈折率膜７ａ、高屈折率膜７ｂ、低屈折率膜７ｃ、高屈折率膜７ｄ、低屈折率膜７ｅ、高屈折率膜７ｆ、低屈折率膜７ｇのそれぞれは、絶縁膜である。高屈折率膜７ｂ、高屈折率膜７ｄ、及び高屈折率膜７ｆの屈折率は、低屈折率膜７ａ、低屈折率膜７ｃ、低屈折率膜７ｅ、及び低屈折率膜７ｇの屈折率よりも高い。高屈折率膜７ｂ、高屈折率膜７ｄ、及び高屈折率膜７ｆの屈折率は２．３±０．２であり、例えば２．２０である。低屈折率膜７ａ、低屈折率膜７ｃ、低屈折率膜７ｅ、及び低屈折率膜７ｇの屈折率は、１．５±０．２であり、例えば１．４７である。反射膜７の低屈折率膜７ｇは、第２接着部６と接触する。高屈折率膜７ｂと、高屈折率膜７ｄと、低屈折率膜７ｇに接触する高屈折率膜７ｆとの厚さは、半導体レーザ３から発振される光の波長の４分の１の奇数倍である。これにより、反射膜７は、良好な反射率を得ることができる。また、高屈折率膜７ｆの厚さは、高屈折率膜７ｂ及び高屈折率膜７ｄの厚さと異なる。換言すれば、高屈折率膜７ｆの厚さは半導体レーザ３から発振される光の波長のａ／４倍、高屈折率膜７ｄ，７ｄの厚さは半導体レーザ３から発振される光の波長のｂ／４倍であり、ａ，ｂは、１以上の奇数であって、互いに異なる数である。具体的には、低屈折率膜７ａ、低屈折率膜７ｃ、及び低屈折率膜７ｅは、例えば酸化シリコン膜であり、これらの厚さは２７０ｎｍ±２０ｎｍである。高屈折率膜７ｂ及び高屈折率膜７ｄは、例えば酸化チタン膜であり、これらの厚さは１９０ｎｍ±２０ｎｍである。高屈折率膜７ｆは、例えば酸化チタン膜であり、この厚さは１００ｎｍ±２０ｎｍである。低屈折率膜７ｇは、例えば酸化シリコン膜であり、この厚さは３０ｎｍ±１０ｎｍである。このような反射膜７における半導体レーザ３から発振される光の波長の反射率は、８０％以上である。

【0027】

図２（ｂ）は、図２（ａ）の別の態様を示す拡大図である。図２（ｂ）に示されるように、例えば半導体レーザ３の端面３ｂ上の反射膜７は、方向Ｄ１に沿って順に積層される、低屈折率膜７ｅ、高屈折率膜７ｆ、及び低屈折率膜７ｇのみを含んでもよい。この場合、低屈折率膜７ｇは、反射膜７において最も第２接着部６側に位置している。低屈折率膜７ｅ，７ｇは、例えば酸化シリコン膜であり、これらの厚さは２７０ｎｍ±２０ｎｍである。高屈折率膜７ｆは、例えば酸化チタン膜であり、この厚さは１００ｎｍ±２０ｎｍである。このような反射膜７における半導体レーザ３から発振される光の波長の反射率は、５０％以上であり、該反射膜７は十分な光反射性能を有する。

【0028】

第２接着部６の屈折率は、空気の屈折率を１とした場合、例えば１．５５〜１.６１である。また、第２接着部６の厚さは、例えば数μｍである。このような第２接着部６を用いる場合、半導体レーザ３の端面３ｂから出射される光は、キャリア２に反射したことによる戻り光に影響されにくくなる。なお、第２接着部６の厚さは、第２接着部６が設けられない場合における反射膜７とキャリア２との間の方向Ｄ１に沿った距離と異なる厚さとなる。

【0029】

図１に戻って、半導体レーザ３の他方の端面３ｃ上には、無反射膜８が設けられている。無反射膜８は、例えば酸化チタン及び酸化アルミニウムの一方又は双方を含む。ここでの半導体レーザ３から発振される光の波長における無反射膜８の反射率は、１％未満であることが好ましい。

【0030】

半導体レーザ３の端面３ｂと、キャリア２の第２面４ｂとは互いに対向しており、端面３ｂと第２面４ｂとの間には積層体９が設けられている。積層体９は、上述した反射膜７と第２接着部６とによって形成されている。したがって、半導体レーザ３の端面３ｂと、キャリア２の第２面４ｂとは、積層体９を介して互いに接合している。具体的には、反射膜７と第２面４ｂとが、第２接着部６を介して互いに接合している。この積層体９には、第２接着部６及び反射膜７以外の膜が含まれてもよい。

【0031】

半導体レーザ３は、導波路１２、電極１３，１４、配線１５，１６、電極パッド１７，１８、半導体基板２１、第１クラッド層２２、埋め込み層２３、及び絶縁膜２４を備えている。半導体基板２１は、例えばｎ型ＩｎＰ基板等であり、その厚さは例えば１００μｍ〜２００μｍである。第１クラッド層２２は、例えばｎ型ＩｎＰ層である。埋め込み層２３は、第１クラッド層２２上に設けられており、例えばｐ型ＩｎＰ層、ｎ型ＩｎＰ層、ｐ型ＩｎＰ層の順に積層された構造、或いは半絶縁性半導体による単層構造を有している。絶縁膜２４は、埋め込み層２３、並びに後述する溝２５，２６及びメサ構造３０を覆うように設けられており、例えば酸化ケイ素及び窒化ケイ素の一方又は双方を含む。

【0032】

半導体レーザ３は、方向Ｄ１に沿って延在する一対の溝２５，２６を有する。一対の溝２５，２６は、例えば第１クラッド層２２の一部及び埋め込み層２３の一部が除去されることによって形成されている。一対の溝２５，２６の表面は、一部を除いて絶縁膜２４によって覆われている。具体的には、溝２５の底面２５ａを覆う絶縁膜２４の一部に開口部２４ａが設けられており、半導体基板２１の一部が露出している。この開口部２４ａを埋設するように電極１３が設けられている。電極１３は、開口部２４ａを介して半導体基板２１に接続されており、半導体基板２１を介して導波路１２に電気的に接続されている。電極１３は、例えばＡｕＺｎの金属層又はこれらの金属を含む合金層である。

【0033】

導波路１２は、一対の溝２５，２６によって挟まれるメサ構造３０内に形成されている。図１（ｃ）に示されるように、導波路１２は、光出射方向である方向Ｄ１に沿って延在するストライプ状の活性層である。メサ構造３０は、第１クラッド層３１と、第２クラッド層３２と、導波路１２と、埋め込み層３３と、回折格子３４とを有している。第１クラッド層３１は、第１クラッド層２２と同じｎ型ＩｎＰ層であり、導波路１２と半導体基板２１との間に設けられる。第２クラッド層３２は、導波路１２上に設けられており、例えばｐ型ＩｎＰ層である。埋め込み層３３は、埋め込み層２３と同じ構造を有している。回折格子３４は、方向Ｄ３において導波路１２と重なるように第１クラッド層３１内に設けられており、第１クラッド層３１とは異なる屈折率を有する。第１クラッド層３１がｎ型ＩｎＰ層である場合、回折格子３４は、例えばＩｎＧａＡｓＰを含む。

【0034】

図１（ｃ）に示されるように、導波路１２は、一対の共振端面１２ａ、１２ｂを有している。共振端面１２ａは半導体レーザ３の端面３ｂに含まれ、共振端面１２ｂは半導体レーザ３の端面３ｃに含まれる。導波路１２は、例えば多重量子井戸（ＭＱＷ：multi quantum well）構造となるように、複数のＩｎＧａＡｓＰ層を有している。なお、半導体レーザ３における表面３ａ，３ｄは、導波路１２に沿って延在する。

【0035】

図１（ｂ）に示されるように、導波路１２上の絶縁膜２４の一部には開口部２４ｂが設けられており、第２クラッド層３２の一部が露出している。この開口部２４ｂを埋設するように電極１４が設けられている。電極１４は、導波路１２に電流を供給する。電極１４は、例えばＡｕＺｎ等の金属層又はこれらの金属を含む合金層である。

【0036】

配線１５は、溝２５からメサ構造３０と反対側に向かって延在している。配線１５は、例えば金（Ａｕ）からなる金属層である。配線１５の一端は、溝２５内に設けられている電極１３に接続されている。配線１５の他端は、電極パッド１７に接続されている。電極パッド１７の表面には、例えば基準電位を有するワイヤがボンディング接続される。配線１６は、メサ構造３０から溝２６側に向かって延在している。配線１６は、例えば金（Ａｕ）からなる金属層である。配線１６には変調信号及びバイアス電流が供給される。配線１６の一端は、メサ構造３０上に位置しており、電極１４に接続されている。配線１６の他端は、電極パッド１８に接続されている。電極パッド１８の表面には、例えば変調信号が供給されるワイヤと、バイアス電流が供給されるワイヤとがボンディング接続される。

【0037】

次に、第１実施形態に係る光半導体装置１の製造方法について図３及び図４を用いながら説明する。図３（ａ）〜（ｃ）及び図４（ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態に係る光半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。

【0038】

まず、図３（ａ）に示されるように、キャリア２を準備する。また、これとは別に、上述した半導体レーザ３（図１（ａ）〜図１（ｃ）を参照）を準備する。半導体レーザ３の端面３ｂ上には、反射膜７が設けられている。

【0039】

次に、図３（ｂ）に示されるように、キャリア２の一部を除去することにより、第１面４ａ及び第２面４ｂを有する段差４をキャリア２に形成する。例えばエッチング、研磨、又は切削加工等の公知の方法によって段差４をキャリア２に形成する。段差４の形成と同時に、第２面４ｂ及び当該第２面４ｂに交差する頂面４１ａを有する突出部４１をキャリア２に形成する。

【0040】

次に、図３（ｃ）に示されるように、段差４の第１面４ａ上に、例えば滴下法等によって第１接着部５を形成する。また、図４（ａ）に示されるように、段差４の第２面４ｂ上に、例えば塗布法又はディスペンサ法等によって第２接着部６を形成する。このとき、第１接着部５及び第２接着部６が共に融解する温度にて、第２接着部６が形成される。なお、第１接着部５及び第２接着部６の形成順序は、特に限定されない。よって、第１接着部５の形成後に第２接着部６を形成してもよいし、第２接着部６の形成後に第１接着部５を形成してもよい。

【0041】

次に、図４（ｂ），（ｃ）に示されるように、半導体レーザ３をキャリア２に搭載する。まず、半導体レーザ３の表面３ａを第１面４ａに対向させると共に、端面３ｂを第２面４ｂに対向させる。そして、表面３ａを第１接着部５に当接させると共に、反射膜７を第２接着部６に当接させる。その後、冷却することによって第１接着部５及び第２接着部６を固着させ、半導体レーザ３をキャリア２に接合する。以上の工程を経て、キャリア２に搭載された半導体レーザ３を有する光半導体装置１の一部を形成する。

【0042】

以上に説明した製造方法によって形成される、第１実施形態に係る光半導体装置１によって得られる効果について説明する。図５（ａ）は、比較例に係る光半導体装置の一部を示す平面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＶｂ−Ｖｂ線矢視断面図である。図５（ａ），（ｂ）に示されるように、光半導体装置１０１におけるキャリア１０２には、段差が形成されていない。比較例において、半導体レーザ３は、第１接着部５を介してキャリア１０２の主面１０２ａに接合されている。この場合、半導体レーザ３の駆動中、反射膜７が形成された端面３ｂ近傍に熱が蓄積されやすく、光学損傷が発生するおそれがある。したがって、比較例に係る光半導体装置１０１の寿命が劣化することがある。

【0043】

これに対して、第１実施形態に係る製造方法によって製造された光半導体装置１によれば、半導体レーザ３の表面３ａとキャリア２の第１面４ａとは、第１接着部５を介して互いに接合している。また、半導体レーザ３の端面３ｂとキャリア２の第２面４ｂとは、積層体９（第２接着部６及び反射膜７）を介して互いに接合している。この場合、上記端面３ｂ近傍にて光吸収により発生した熱は、半導体レーザ３の表面３ａから第１接着部５を介してキャリア２の第１面４ａに伝達するだけでなく、半導体レーザ３の端面３ｂから積層体９を介してキャリア２の第２面４ｂに伝達する。これにより、半導体レーザ３の端面３ｂ近傍の温度が上昇しにくくなり、光学損傷等の発生が抑制される。したがって、長寿命を有する光半導体装置１を提供できる。

【0044】

また、近年の半導体レーザ等が小型化されているので、当該半導体レーザの共振器長等が短くなっている。このような半導体レーザの放熱経路が限定的になっている場合、第１実施形態に係る光半導体装置１の構造が好適に採用できる。

【0045】

また、端面３ｂには、順に積層された低屈折率膜７ｇ（第１の絶縁膜）、高屈折率膜７ｆ（第２の絶縁膜）、及び低屈折率膜７ｅ（第３の絶縁膜）を含む反射膜７が設けられ、低屈折率膜７ｇは、第２接着部６側に位置しており、高屈折率膜７ｆの屈折率は、低屈折率膜７ｇ及び低屈折率膜７ｅの屈折率より高く、高屈折率膜７ｆの厚さは、半導体レーザ３から発振される光の波長のａ／４倍であり、ａは、１以上の奇数であってもよい。この場合、導波路１２からキャリア２の第２面４ｂ側に出射する光を、反射膜７によって良好に反射できる。

【0046】

また、反射膜７は、低屈折率膜７ｅ側から順に積層される、高屈折率膜７ｄ（第４の絶縁膜）及び低屈折率膜７ｃ（第５の絶縁膜）をさらに含み、高屈折率膜７ｄの屈折率は、低屈折率膜７ｃ、７ｅ、７ｇの屈折率より高く、高屈折率膜７ｄの厚さは、半導体レーザ３から発振される光の波長のｂ／４倍であり、ｂは、ａと異なる数であると共に１以上の奇数であってもよい。この場合、導波路１２からキャリア２の第２面４ｂ側に出射する光を、反射膜７によって一層良好に反射できる。

【0047】

また、キャリア２は、酸化アルミニウム，銅タングステン，窒化アルミニウム，ケイ素及び炭化ケイ素の少なくとも一つを含んでもよい。この場合、キャリア２は熱伝導率の高い材質を含むので、半導体レーザ３にて発生した熱を良好にキャリア２に伝達できる。なお、キャリア２が絶縁体である場合、キャリア２と第１接着部５との間に金属又は合金製の導電膜が形成されてもよい。これにより、第１接着部５がキャリア２から剥離することを抑制すると共に、第１接着部５を介した半導体レーザ３への電気伝導が良好になる。

【0048】

（第１変形例）
図６（ａ）は、第１実施形態の第１変形例に係る光半導体装置の一部を示す平面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＶＩｂ−ＶＩｂ線矢視断面図である。図６（ａ），（ｂ）に示されるように、キャリア２における突出部４１の頂面４１ａ上には、伝送線路基板４２が設けられている。伝送線路基板４２は、絶縁基板４３と、絶縁基板４３上に設けられる導電層（マイクロストリップライン）４４〜４６とを有している。絶縁基板４３は、例えば酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、又は酸化アルミニウム等からなる基板である。導電層４４〜４６は、例えば金等を含む金属又は合金を含んでいる。導電層４４は、例えば基準電位とされる。導電層４５には、例えばバイアス電流が供給され、導電層４６には、例えば変調電流が供給される。導電層４４は、ワイヤＷ１を介して電極パッド１７に接続されている。導電層４５はワイヤＷ２を介して電極パッド１８に接続されており、導電層４６はワイヤＷ２よりも短いワイヤＷ３を介して電極パッド１８に接続されている。

【0049】

図７（ａ）は、第１変形例に係る光半導体装置を示す平面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ線矢視断面図である。図７（ａ），（ｂ）に示されるように、光半導体装置１Ａは、半導体レーザ３が搭載されたキャリア２に加えて、集積回路５２が搭載されたヒートシンク５１を有する。集積回路５２からは、３つの配線５３〜５５がキャリア２に向けて延びている。集積回路５２は発熱体となるので、キャリア２とヒートシンク５１とは、互いに独立して（離間して）設けられている。

【0050】

集積回路５２は、基準電位、変調電流及びバイアス電流等を供給する回路である。配線５３は、ワイヤＷ４を介して導電層４４に接続されており、集積回路５２からの基準電位を導電層４４に提供する。配線５４は、ワイヤＷ５を介して導電層４５に接続されており、集積回路５２からのバイアス電流を導電層４４に提供する。配線５５は、ワイヤＷ６を介して導電層４６に接続されており、集積回路５２からの変調電流を導電層４４に提供する。このように、半導体レーザ３は、伝送線路基板４２及びワイヤＷ１〜Ｗ６を介して、集積回路５２に接続されている。

【0051】

図８は、比較例に係る光半導体装置を示す平面図である。図８に示されるように、光半導体装置１０１Ａには、伝送線路基板が設けられていない。このような光半導体装置１０１Ａでは、電極パッド１７はワイヤＷ１１を介して配線５３に接続され、電極パッド１８は、ワイヤＷ１２を介して配線５４に接続されるとともにワイヤＷ１３を介して配線５５に接続される。この場合、キャリア２とヒートシンク５１とが互いに独立して（離間して）配置されることにより、ワイヤＷ１１〜Ｗ１３が長くなり、当該ワイヤＷ１１〜Ｗ１３による信号損失等が発生する。

【0052】

これに対して、第１変形例に係る光半導体装置１Ａでは、半導体レーザ３と集積回路５２とを互いに電気的に接続するためのワイヤＷ１〜Ｗ６の長さを、伝送線路基板４２がキャリア２に設けられている分短くできる。これにより、光半導体装置１Ａのサイズを変更することなく、ワイヤＷ１〜Ｗ６による信号損失等を抑制できる。また、第１変形例に係る光半導体装置１Ａにおいても、第１実施形態に係る光半導体装置１と同様の効果が奏される。

【0053】

（第２変形例）
図９（ａ）は、第１実施形態の第２変形例に係る光半導体装置を示す平面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＩＸｂ−ＩＸｂ線矢視断面図である。図９（ａ），（ｂ）に示されるように、光半導体装置１Ｂの伝送線路基板４２Ａは、集積回路５２に向けて延出する延出部４７を有している。この延出部４７における集積回路５２側の一端４２ｂから集積回路５２までの距離Ｌ１は、キャリア２における集積回路５２側の側面２ａから集積回路５２までの距離Ｌ２よりも近い。言い換えれば、延出部４７は、方向Ｄ３においてキャリア２と重なっていない。また、延出部４７上には、他の導電層４４，４５よりも長い導電層４６が形成されている。このように延出部４７上に導電層４６が形成されることにより、ワイヤＷ６の長さをさらに短くすることができ、当該ワイヤＷ６による信号損失等をより抑制できる。加えて、第２変形例に係る光半導体装置１Ｂにおいても、第１変形例に係る光半導体装置１Ａと同様の効果が奏される。

【0054】

本発明による光半導体装置及び光半導体装置の製造方法は、上述した実施形態及び変形例に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態におけるキャリアは、方向Ｄ３から見て平行四辺形状でもよく、角が丸まった四角形状でもよい。

【符号の説明】

【0055】

１，１Ａ，１Ｂ…光半導体装置、２…キャリア、３…半導体レーザ、３ａ…表面、３ｂ，３ｃ…端面、４…段差、４ａ…第１面、４ｂ…第２面、５…第１接着部、６…第２接着部、７…反射膜、７ａ，７ｃ，７ｅ，７ｇ…低屈折率膜、７ｂ，７ｄ，７ｆ…高屈折率膜、９…積層体、１２…導波路、１２ａ，１２ｂ…共振端面、４１…突出部、４１ａ…頂面、４２，４２Ａ…伝送線路基板、４３…絶縁基板、４４〜４６…導電層、４７…延出部、５１…ヒートシンク、５２…集積回路、Ｄ１〜Ｄ３…方向、Ｗ１〜Ｗ６…ワイヤ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】