特開 2022-64266 半導体光素子及び半導体光装置

(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】P2022064266

(43)【公開日】2022-04-25

(54)【発明の名称】半導体光素子及び半導体光装置

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/227 20060101AFI20220418BHJP

   H01S 5/026 20060101ALI20220418BHJP

   H01S 5/343 20060101ALI20220418BHJP

【ＦＩ】

H01S5/227

H01S5/026 616

H01S5/343

【審査請求】未請求

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020209512

(22)【出願日】2020-12-17

(31)【優先権主張番号】P 2020172696

(32)【優先日】2020-10-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】301005371

【氏名又は名称】日本ルメンタム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000154

【氏名又は名称】特許業務法人はるか国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】滝田 隼人

(72)【発明者】

【氏名】中村 厚

(72)【発明者】

【氏名】山内 俊也

(72)【発明者】

【氏名】浅倉 秀明

【テーマコード（参考）】

5F173

【Ｆターム（参考）】

5F173AA05

5F173AB03

5F173AB13

5F173AD13

5F173AD14

5F173AH14

5F173AJ23

5F173AK21

5F173AR36

5F173AR65

5F173MA02

(57)【要約】      （修正有）

【課題】高周波特性の向上を目的とする。
【解決手段】半導体光素子１０は、凸部２０を有する半導体基板１６と、多重量子井戸層２４Ｂと、中間部の上で第１方向にストライプ状に延びる半導体層２６Ｂと、第２方向の両側でメサストライプ構造２２の側面に接触する半絶縁性半導体層４５と、半導体基板１６の、凸部２０とは反対の面に位置する第１電極２８と、メサストライプ構造２２の上端面に位置するメサ電極４０と、メサ電極４０から第２方向に延びる引出電極４２と、引出電極４２に接続するパッド電極４４と、を含む第２電極３８と、第２方向に凸部２０の隣で半導体基板１６の上面に電気的に接続して半絶縁性半導体層４５から露出する第１部分４８と、パッド電極４４の隣に非接触で位置して第１部分４８の少なくとも一部と連続一体化した第２部分５０と、を含む金属膜と、を有する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１方向にストライプ状に延びるメサストライプ構造の下端部を構成する凸部を有する半導体基板と、
前記メサストライプ構造の中間部を構成するように、前記凸部の上で前記第１方向にストライプ状に延びる多重量子井戸層と、
前記メサストライプ構造の上端部を構成するように、前記中間部の上で前記第１方向にストライプ状に延びる半導体層と、
前記第１方向に直交する第２方向の両側で前記メサストライプ構造の側面に接触する半絶縁性半導体層と、
前記半導体基板の、前記凸部とは反対の面に位置する第１電極と、
前記メサストライプ構造の上端面に位置するメサ電極と、前記メサ電極から前記第２方向に延びる引出電極と、前記引出電極に接続するパッド電極と、を含む第２電極と、
前記第２方向に前記凸部の隣で前記半導体基板の上面に電気的に接続して前記半絶縁性半導体層から露出する第１部分と、前記パッド電極の隣に非接触で位置して前記第１部分の少なくとも一部と連続一体化した第２部分と、を含む金属膜と、
を有する半導体光素子。

【請求項2】

請求項１に記載の半導体光素子であって、
前記金属膜の前記第１部分は、前記第１方向に前記引出電極の隣に位置する半導体光素子。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の半導体光素子であって、
前記金属膜の前記第２部分は、前記第１方向及び前記第２方向に、前記パッド電極の隣に位置する半導体光素子。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体光素子であって、
前記半絶縁性半導体層は、前記引出電極及び前記パッド電極の直下にも配置されている半導体光素子。

【請求項5】

請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体光素子であって、
前記引出電極及び前記パッド電極と前記半導体基板の間に介在する樹脂層をさらに有する半導体光素子。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体光素子であって、
前記半絶縁性半導体層は、前記金属膜の前記第２部分の少なくとも一部の直下にも配置されている半導体光素子。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体光素子であって、
前記金属膜の前記第１部分は、前記第２方向に前記凸部の両側に位置する一対の第１部分を含み、
前記第２部分は、前記一対の第１部分の一方と連続一体的になっている半導体光素子。

【請求項8】

請求項７に記載の半導体光素子であって、
前記半絶縁性半導体層は、前記一対の第１部分の他方の一部の直下にも配置されている半導体光素子。

【請求項9】

請求項１から８のいずれか１項に記載の半導体光素子であって、
前記メサストライプ構造は、変調器を構成する半導体光素子。

【請求項10】

請求項９に記載の半導体光素子であって、
前記変調器と、半導体レーザと、前記変調器と前記半導体レーザを光学的に接続する接続導波路と、がモノリシックに集積されている半導体光素子。

【請求項11】

請求項１０に記載の半導体光素子であって、
前記金属膜の前記第１部分は、前記接続導波路にも隣接している半導体光素子。

【請求項12】

請求項１０又は１１に記載の半導体光素子であって、
前記第１方向に前記半導体レーザとは反対方向に、前記変調器に光学的に接続されて延びる出射導波路をさらに備える半導体光素子。

【請求項13】

請求項１２に記載の半導体光素子であって、
前記金属膜の前記第１部分は、前記出射導波路部にも隣接している半導体光素子。

【請求項14】

請求項１から１３のいずれか１項に記載の半導体光素子と、
前記半導体光素子が搭載されるキャリアと、
を備える半導体光装置。

【請求項15】

請求項１４に記載の半導体光装置であって、
前記キャリアは、シグナル配線、グランドパターン及び終端抵抗器を備え、
前記グランドパターンは、前記半導体光素子の前記第１電極と、前記終端抵抗器の一端に電気的に接続され、
前記シグナル配線は、前記金属膜の前記第２部分の直上を通る第１シグナルワイヤで、前記半導体光素子の前記パッド電極に電気的に接続され、
前記半導体光素子の前記パッド電極は、第２シグナルワイヤで前記終端抵抗器の他端に電気的に接続され、
前記変調器及び前記終端抵抗器は、並列接続されている半導体光装置。

【請求項16】

請求項１５に記載の半導体光装置であって、
前記グランドパターンは、前記シグナル配線を挟むように配置された第１グランドパターン及び第２グランドパターンを含み、
前記第１グランドパターン及び前記第２グランドパターンのそれぞれは、グランドワイヤで前記金属膜の前記第２部分に接続されている半導体光装置。

【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装置に関する。

【背景技術】

【0002】

モバイル端末やインターネットなどの通信機器の普及に伴い、光モジュールに高速化及び大容量化が求められている。半導体レーザなどの発振器から出射される連続光の変調には、電界吸収型変調器（ＥＡ（Electro-Absorption）変調器）が使用される。特許文献１には、埋め込みヘテロ構造（Buried Hetero structure）を有するＥＡ変調器が開示されている。特許文献２には、ＥＡ変調器に電気信号を伝達するためのワイヤが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２－１９０５３号公報

【特許文献2】特開２００６－１２８５４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ＥＡ変調器の高周波特性の向上のためには、寄生容量の低減が求められる。そのために、埋め込み層厚を厚くすることは有効だが、その厚さには限界がある。また、ワイヤの寄生インダクタンスが高いと、高周波特性が劣化する。

【0005】

本発明は、高周波特性の向上を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

半導体光素子は、第１方向にストライプ状に延びるメサストライプ構造の下端部を構成する凸部を有する半導体基板と、前記メサストライプ構造の中間部を構成するように、前記凸部の上で前記第１方向にストライプ状に延びる多重量子井戸層と、前記メサストライプ構造の上端部を構成するように、前記中間部の上で前記第１方向にストライプ状に延びる半導体層と、前記第１方向に直交する第２方向の両側で前記メサストライプ構造の側面に接触する半絶縁性半導体層と、前記半導体基板の、前記凸部とは反対の面に位置する第１電極と、前記メサストライプ構造の上端面に位置するメサ電極と、前記メサ電極から前記第２方向に延びる引出電極と、前記引出電極に接続するパッド電極と、を含む第２電極と、前記第２方向に前記凸部の隣で前記半導体基板の上面に電気的に接続して前記半絶縁性半導体層から露出する第１部分と、前記パッド電極の隣に非接触で位置して前記第１部分の少なくとも一部と連続一体化した第２部分と、を含む金属膜と、を有する。

【0007】

凸部の隣にある第１部分には半絶縁性半導体層が無いので、メサ電極の寄生容量を減らすことができる。また、パッド電極への電気的接続にワイヤを使用したときに、パッド電極の隣にある第２部分は、ワイヤの寄生インダクタンスの低減に寄与する。これらにより、高周波特性の向上が可能になる。

【0008】

半導体光装置は、前記半導体光素子と、前記半導体光素子が搭載されるキャリアと、を備える。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１の実施形態に係る半導体光素子の平面図である。

【図2】図１に示す半導体光素子のII－II線断面図である。

【図3】図１に示す半導体光素子のIII－III線断面図である。

【図4】図１に示す半導体光素子のIV－IV線断面図である。

【図5】図１に示す半導体光素子のＶ－Ｖ線断面図である。

【図6】図１に示す半導体光素子のVI－VI線断面図である。

【図7】第１の実施形態に係る半導体光装置の平面図である。

【図8】変形例に係る半導体光素子の断面図である。

【図9】第２の実施形態に係る半導体光素子の平面図である。

【図10】図９に示す半導体光素子のＸ－Ｘ線断面図である。

【図11】図９に示す半導体光素子のXI－XI線断面図である。

【図12】第３の実施形態に係る半導体光素子の平面図である。

【図13】図１２に示す半導体光素子のXIII－XIII線断面図である。

【図14】図１２に示す半導体光素子のXIV－XIV線断面図である。

【図15】第３の実施形態に係る半導体光装置の平面図である。

【図16】第４の実施形態に係る半導体光素子の平面図である。

【図17】図１６に示す半導体光素子のXVII－XVII線断面図である。

【図18】第４の実施形態に係る半導体光装置の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に、図面を参照して、本発明の実施形態を具体的かつ詳細に説明する。全図において同一の符号を付した部材は同一又は同等の機能を有するものであり、その繰り返しの説明を省略する。なお、図形の大きさは倍率に必ずしも一致するものではない。

【0011】

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る半導体光素子の平面図である。図２は、図１に示す半導体光素子のII－II線断面図である。半導体光素子１０は、変調器１２単体であってもよいが、半導体レーザ１４及び変調器１２が一体的に集積されている変調器集積半導体レーザである。ベースとなる半導体基板１６に、半導体レーザ１４、接続導波路１８及び変調器１２が集積されている。半導体基板１６は、第１導電型（例えばｎ型）の半導体からなる。

【0012】

図３は、図１に示す半導体光素子１０のIII－III線断面図である。図４は、図１に示す半導体光素子１０のIV－IV線断面図である。図５は、図１に示す半導体光素子１０のＶ－Ｖ線断面図である。図６は、図１に示す半導体光素子１０のVI－VI線断面図である。

【0013】

［半導体基板］
半導体基板１６（例えばｎ－ＩｎＰ基板）は、凸部２０を有する。凸部２０は、第１方向Ｄ１にストライプ状に延びるメサストライプ構造２２の下端部を構成する。メサストライプ構造２２は、半導体レーザ１４から変調器１２に至る。

【0014】

［多重量子井戸層］
半導体光素子１０は、半導体レーザ１４及び変調器１２に、多重量子井戸層２４（２４Ａ，２４Ｂ）を有する。多重量子井戸層２４は、凸部２０の上で第１方向Ｄ１にストライプ状に延びる。多重量子井戸層２４は、メサストライプ構造２２の中間部を構成する。

【0015】

［半導体層］
半導体光素子１０は、半導体層２６（２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ）を有する。半導体層２６は、第２導電型（例えばｐ型）の半導体からなる。半導体層２６（例えばｐ－ＩｎＰ層）は、メサストライプ構造２２の中間部の上で第１方向Ｄ１にストライプ状に延びる。半導体層２６は、メサストライプ構造２２の上端部を構成する。

【0016】

［第１電極］
半導体光素子１０は、第１電極２８を有する。第１電極２８は、半導体基板１６の、凸部２０とは反対の面（裏面）に位置する。第１電極２８は、半導体基板１６の裏面に、ほぼ全面を覆うように設けられている。第１電極２８は、半導体基板１６と同電位になる。他の層が両者間に介在しても、それが半導体基板１６と同じ導電型の半導体であればよい。

【0017】

［半導体レーザ］
メサストライプ構造２２の一部は、半導体レーザ１４を構成する。半導体レーザ１４は、変調器１２に向けて連続光を出射するようになっている。半導体レーザ１４の後方（変調器１２とは反対側）であって、半導体光素子１０の後方端面には、図示しない誘電体高反射膜が形成されている。

【0018】

半導体レーザ１４は、ＤＦＢ（Distributed Feedback）レーザ、ＦＰ(Fabry-Perot)レーザ、ＤＢＲ(Distributed Bragg Reflector)レーザ及びＤＲ(Distributed Reflector)レーザのいずれであってもよく、１．３μｍ帯又は１．５５μｍ帯で発振するようになっている。

【0019】

半導体レーザ１４は、多重量子井戸層２４Ａと、その上に設けられた回折格子層３０を備えている。回折格子層３０の格子間およびその上には半導体層２６Ａ（クラッド層）が設けられている。なお、図示はしていないが多重量子井戸層２４Ａの上下にはそれぞれ光閉じ込め層が設けられている。半導体層２６Ａの上には図示しないコンタクト層が設けられる。

【0020】

［変調器］
メサストライプ構造２２の一部は、変調器１２を構成する。変調器１２は、電界吸収型変調器（ＥＡ変調器）及びマッハツェンダ変調器（ＭＺ変調器）のいずれであってもよい。多重量子井戸層２４Ｂの上下にはそれぞれ光閉じ込め層（図示せず）が設けられている。多重量子井戸層２４Ｂは、電界が印加されると、半導体レーザ１４の発振波長に対応した光（出射光）を吸収するようになっている。

【0021】

多重量子井戸層２４Ｂの上には半導体層２６Ｂ（クラッド層）が配置されている。半導体層２６Ｂは、半導体層２６Ａと同じ材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。

【0022】

変調器１２に入光した連続光は、変調器１２にて強度変調され、２値や４値等の変調光信号に変換される。変調器１２から出射された変調光信号は前方端面から出射される。前方端面付近に、他の構造（例えば絶縁性のＩｎＰなどを配置した窓構造）が備えられてもよい。前方端面には図示しない誘電体無反射膜が形成される。

【0023】

［接続導波路］
メサストライプ構造２２の一部は、接続導波路１８を構成する。接続導波路１８は、変調器１２と半導体レーザ１４を光学的に接続する。変調器１２と、半導体レーザ１４と、変調器１２と半導体レーザ１４を光学的に接続する接続導波路１８と、がモノリシックに集積されている。半導体レーザ１４、接続導波路１８及び変調器１２は、光学的に直列で接続されている。接続導波路１８は、半導体レーザ１４の出射光を変調器１２に伝達するようになっている。

【0024】

接続導波路１８は、多重量子井戸層２４に連続するコア層３２を備えている。コア層３２は、半導体からなり、半導体レーザ１４の出射光を吸収しない層（例えばバルク層）である。コア層３２の上下には光閉じ込め層を配置してもよい。

【0025】

コア層３２の上には半導体層２６Ｃ（クラッド層）が配置されている。半導体層２６Ｃは、半導体レーザ１４の半導体層２６Ａと同じ材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。ただし、図２に示すように、半導体層２６Ｃは、半導体層２６Ａよりも薄い。これは変調器１２と半導体レーザ１４との間の電気アイソレーションを高めるためである。

【0026】

［半導体レーザの電極］
半導体レーザ１４では、メサストライプ構造２２の上に、レーザ電極３４がある。レーザ電極３４は、図示しないコンタクト層と電気的かつ物理的に接続している。レーザ電極３４と第１電極２８との間に電界が印加（電流を注入）されることで、連続光が発振される。ここでは１．３μｍ帯で発振するように、多重量子井戸層２４Ａの組成波長および回折格子層３０の格子間隔が設定されている。なお、図６に示すように、接続導波路１８では、第１電極２８と対向する電極は存在せず、メサストライプ構造２２を含み全体的に酸化膜３６で覆われている。

【0027】

［第２電極］
変調器１２は、第２電極３８を有する。第２電極３８は、全体的に同じ材料及び同じ構造で構成してもよい。第２電極３８は、メサストライプ構造２２の上端面に位置するメサ電極４０を含む。メサ電極４０は、長方形状になっている。メサ電極４０は、半導体層２６Ｂの上に配置され、図示しないコンタクト層と電気的かつ物理的に接続されている。メサ電極４０と半導体層２６Ｂ（クラッド層）は、同電位となっている。他の層が両者間に介在しても、それが半導体層２６Ｂと同じ導電型の半導体であればよい。メサ電極４０と第１電極２８との間に逆バイアスを印加することで、変調器１２で光吸収が行われる。

【0028】

第２電極３８は、メサ電極４０から第２方向Ｄ２に延びる引出電極４２を含む。引出電極４２は、第１方向Ｄ１にメサ電極４０よりも細い幅を有する。第２電極３８は、引出電極４２に接続するパッド電極４４を含む。パッド電極４４は、引出電極４２よりも第１方向Ｄ１に広い幅を有する。パッド電極４４の平面形状は、円、四角形、角丸四角形及び楕円のいずれであってもよい。

【0029】

［半絶縁性半導体層］
半導体光素子１０は、半絶縁性半導体層４５（例えばＦｅ－ＩｎＰ層）を有する。半絶縁性半導体層４５は、メサストライプ構造２２の両側に設けられている。半絶縁性半導体層４５は、メサストライプ構造２２の上面を除いて設けられている。半絶縁性半導体層４５は、第１方向Ｄ１に直交する第２方向Ｄ２の両側で、メサストライプ構造２２の側面に接触する。半絶縁性半導体層４５は、メサストライプ構造２２より高くなっており、例えば半導体層２６よりも高くなっている。半導体レーザ１４及び接続導波路１８では、メサストライプ構造２２の両側の領域は、半絶縁性半導体層４５で埋め込まれている。

【0030】

半絶縁性半導体層４５は、図４に示すように、引出電極４２及びパッド電極４４の直下にも配置されている。半絶縁性半導体層４５と第２電極３８（メサ電極４０を除く）との間には、酸化膜３６が配置されている。半絶縁性半導体層４５は、引出電極４２及びパッド電極４４の直下では、メサストライプ構造２２の隣接位置よりもさらに高くなっている。半絶縁性半導体層４５があることで、引出電極４２及びパッド電極４４を半導体基板１６（又は第１電極２８）から離すことができる。これにより、引出電極４２及びパッド電極４４の寄生容量を低減することができる。

【0031】

変調器１２では、引出電極４２及びパッド電極４４の直下を除くと、半絶縁性半導体層４５は、メサストライプ構造２２に隣接する領域のみに設けられている（図５）。つまり、半絶縁性半導体層４５は、メサストライプ構造２２から離れた領域では、半導体基板１６との重複を避けている。これにより、メサ電極４０と半導体基板１６との間に低誘電率の空気層が介在するので、メサ電極４０の寄生容量を低減することができる。寄生容量の低減によって、広帯域化を図ることができる。なお、広帯域化を図るには、半絶縁性半導体層４５を完全に無くすことが好ましいが、多重量子井戸層２４が露出することは信頼性の観点で好ましくない。本実施形態は、信頼性を保ちつつ広帯域化を図ることが可能となる。

【0032】

［金属膜］
半導体光素子１０（変調器１２）は、金属膜４６を有する。金属膜４６は、半導体基板１６の、半絶縁性半導体層４５が設けられていない領域に形成されている。金属膜４６があることで、半導体基板１６は空気に触れなくなり、信頼性に優れる。

【0033】

金属膜４６は、第１部分４８を含む。図５に示すように、第１部分４８は、第２方向Ｄ２に凸部２０の隣で、半導体基板１６の上面に電気的に接続（接触）している。第１部分４８は、図１に示すように、第１方向Ｄ１に引出電極４２の隣に位置する。一対の第１部分４８が、第２方向Ｄ２に凸部２０の両側に位置する。第１部分４８は、半絶縁性半導体層４５から露出している。つまり、第１部分４８の上には半絶縁性半導体層４５が存在しない。そのため、メサ電極４０の寄生容量を低減することができる。

【0034】

金属膜４６は、第２部分５０を含む。第２部分５０は、一対の第１部分４８の一方（図１の右側）と連続一体的になっている。第２部分５０は、第１部分４８の少なくとも一部と連続一体化している。第２部分５０は、パッド電極４４の隣に非接触で位置している。第２部分５０は、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に、パッド電極４４の隣に位置する。なお、第２部分５０の上にも半絶縁性半導体層４５が存在しない（図５）。

【0035】

［半導体光装置］
図７は、第１の実施形態に係る半導体光装置の平面図である。半導体光装置は、キャリア５２（例えばセラミック基板）を有する。キャリア５２には半導体光素子１０が搭載されている。半導体レーザ１４は、外部から入力される直流電流により駆動される。直流電流は、電源ワイヤ５４にて注入される。電源ワイヤ５４は、コンデンサ５６の上電極とレーザ電極３４とを接続している。

【0036】

キャリア５２は、シグナル配線５８を備えている。シグナル配線５８は、高周波の電気信号が伝達されるようになっている。シグナル配線５８は、金属膜４６の第２部分５０の直上を通る第１シグナルワイヤ６０で、半導体光素子１０（変調器１２）のパッド電極４４に電気的に接続されている。

【0037】

キャリア５２は、グランドパターン６２を備えている。グランドパターン６２は、基準電位（例えばグランド電位）に接続される。コンデンサ５６の下電極は、グランドパターン６２に対向して電気的に接続されている。グランドパターン６２は、凹部６４を有し、凹部６４の内側にシグナル配線５８が配置されている。これにより、シグナル配線５８は、コプレーナ線路又はグランデットコプレーナ線路となる。

【0038】

グランドパターン６２は、半導体光素子１０（変調器１２）の第１電極２８（図２）に接続されている。接続には、図示しないはんだを使用する。グランドパターン６２は、終端抵抗器６６の一端に電気的に接続されている。終端抵抗器６６は、キャリア５２に搭載されており、その抵抗値は例えば５０Ωである。半導体光素子１０（変調器１２）のパッド電極４４は、第２シグナルワイヤ６８で終端抵抗器６６の他端に電気的に接続されている。変調器１２及び終端抵抗器６６は、並列接続される。

【0039】

［第１部分の効果］
金属膜４６の第１部分４８の上には半絶縁性半導体層４５が存在しない（図５）ので、メサ電極４０の寄生容量を低減することができる。これは、一対の第１部分４８の両方の効果である。また、第２シグナルワイヤ６８が上方を通る第１部分４８（図７の左側）は、第２シグナルワイヤ６８のインダクタンスを低減するのに寄与する。これは、第２部分５０の効果と同様である。

【0040】

［第２部分の効果］
次に、金属膜４６の第２部分５０による効果について説明する。第１シグナルワイヤ６０は、グランドパターン６２から離れるため、従来、インダクタンスが増加し、光／電気応答特性（高周波特性）が劣化していた。

【0041】

本実施形態では、第１シグナルワイヤ６０の下方に、金属膜４６の第２部分５０が配置されている。金属膜４６は半導体基板１６に電気的に接続されている（図５）。さらに、半導体基板１６は第１電極２８を介してグランドパターン６２と接続される。そのため、金属膜４６の第２部分５０をグランド電位にすることができる。

【0042】

第１シグナルワイヤ６０は、金属膜４６の第２部分５０を跨ぐ。第１シグナルワイヤ６０に一番近いグランド電位となる領域は、金属膜４６である。また、金属膜４６の第２部分５０は、パッド電極４４の周囲を囲むように配置されている。したがって、第１シグナルワイヤ６０の周囲には、多くのグランド電位の領域が配置されている。

【0043】

金属膜４６がない場合は、変調器１２の表面には接地電位となる領域はなく、インダクタンスの増加を引き起こす。これに対して、変調器１２の表面側に金属膜４６があることで、電界は第１シグナルワイヤ６０と金属膜４６との間に広がり、インダクタンスの増加を抑えることが可能となる。なお、酸化膜３６を配置するよりも、金属膜４６を配置した方がインダクタンスの増加の抑制効果は大きい。これは、酸化膜３６と金属膜４６の抵抗の違いが影響していると推測される。金属膜４６の材料は、半導体基板１６から順に、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕである。メサ電極４０およびレーザ電極３４も同じ構成である。

【0044】

以上のように、メサストライプ構造２２の両側の半絶縁性半導体層４５を狭くし、半導体基板１６と電気的に接続された金属膜４６を配置することで、寄生容量の低減およびインダクタンスの低減が得られ、高周波特性に優れた変調器１２を実現することができる。

【0045】

なお、金属膜４６はグランド電位となっていればよく、直接、半導体基板１６の上面と接触していなくても構わない。例えば、金属膜４６と半導体基板１６の間に、図示しない半導体バッファ層があっても構わないが、半導体バッファ層は、第１導電型の半導体からなる。また、半導体光素子１０の第２方向Ｄ２の両端に残る半絶縁性半導体層４５は、除去しても構わない。あるいは、金属膜４６が半導体光素子１０の両端まで広がっていても構わない。

【0046】

本実施形態では、半導体基板１６の第１導電型をｎ型とし、半導体層２６（クラッド層）の第２導電型をｐ型としたが、極性が逆であっても構わない。半導体基板１６は、絶縁基板に積層された半導体層であってもよい。

【0047】

［変形例］
図８は、変形例に係る半導体光素子の断面図である。半導体光素子１１０は、引出電極１４２及びパッド電極１４４と半導体基板１１６の間に介在する樹脂層１７０（例えばポリイミド層）を有する。樹脂層１７０は、半絶縁性半導体層１４５と比較して誘電率が小さく、パッド電極１４４及び引出電極１４２の寄生容量をさらに低減することが可能となる。その他の詳細には、第１の実施形態で説明した内容を適用可能である。

【0048】

［第２の実施形態］
図９は、第２の実施形態に係る半導体光素子の平面図である。図１０は、図９に示す半導体光素子のＸ－Ｘ線断面図である。図１１は、図９に示す半導体光素子のXI－XI線断面図である。

【0049】

半絶縁性半導体層２４５は、金属膜２４６の第２部分２５０の少なくとも一部の直下にも配置されている。こうすることで、第２部分２５０を第１シグナルワイヤ６０（図７）に近づけることができるので、インダクタンスをさらに減少させることができる。

【0050】

半絶縁性半導体層２４５は、一対の第１部分２４８の１つ（第２部分２５０から遠い方）の一部の直下にも配置されている。こうすることで、第１部分２４８を、第２シグナルワイヤ６８（図７）に近づけることができるので、インダクタンスを減少させることができる。ただし、メサ電極２４０の寄生容量を低減するためには、メサストライプ構造２２２との隣接を避けて、メサストライプ構造２２２から間隔をあけて、半絶縁性半導体層２４５を設けることが好ましい。

【0051】

［第３の実施形態］
図１２は、第３の実施形態に係る半導体光素子の平面図である。図１３は、図１２に示す半導体光素子のXIII－XIII線断面図である。図１４は、図１２に示す半導体光素子のXIV－XIV線断面図である。

【0052】

半導体光素子３１０は、第１方向Ｄ１に半導体レーザ３１４とは反対方向に、変調器３１２に光学的に接続されて延びる出射導波路３７２をさらに備える。出射導波路３７２の構造には、接続導波路３１８の内容を適用可能である。ただし、出射導波路３７２の半導体層３２６Ｄは、厚みにおいて、変調器３１２の半導体層３２６Ｂと同じになっている。図１２に示すように、金属膜３４６（第１部分３４８及び第２部分３５０の両方）は、出射導波路３７２部にも隣接している。また、金属膜３４６（第１部分３４８及び第２部分３５０の両方）は、接続導波路３１８にも隣接している。その他の詳細は、第１の実施形態で説明した内容を適用可能である。

【0053】

図１５は、第３の実施形態に係る半導体光装置の平面図である。グランドパターン３６２は、シグナル配線３５８を挟むように配置された第１グランドパターン３６２Ａ及び第２グランドパターン３６２Ｂを含む。第１グランドパターン３６２Ａ及び第２グランドパターン３６２Ｂのそれぞれは、グランドワイヤ３７４で金属膜３４６の第２部分３５０に接続されている。複数のグランドワイヤ３７４が第１シグナルワイヤ３６０を挟む。

【0054】

本実施形態によれば、金属膜３４６が第１方向Ｄ１に広いため、グランドワイヤ３７４を金属膜３４６にボンディングすることが可能となっている。一対のグランドワイヤ３７４の一端が、グランドパターン３６２の、シグナル配線３５８を挟む位置にボンディングされている。一対のグランドワイヤ３７４の他端は、金属膜３４６の、パッド電極３４４を挟む位置にボンディングされている。これにより、第１シグナルワイヤ３６０を起因とするインダクタンスをさらに低減することが可能となる。

【0055】

［第４の実施形態］
図１６は、第４の実施形態に係る半導体光素子の平面図である。図１７は、図１６に示す半導体光素子のXVII－XVII線断面図である。図１８は、第４の実施形態に係る半導体光装置の平面図である。

【0056】

本実施形態は、第２の実施形態及び第３の実施形態の両方の特徴を有する。その詳細は上述した通りである。本実施形態では、第２部分４５０は、その下に半絶縁性半導体層４４５があるので高くなっており（第２の実施形態と同様）、しかも、広くなっている（第３の実施形態と同様）。そのため、グランドワイヤ４７４をボンディングしやすくなっている。

【0057】

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、実施形態を説明した構成は、実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えることができる。

【符号の説明】

【0058】

１０ 半導体光素子、１２ 変調器、１４ 半導体レーザ、１６ 半導体基板、１８ 接続導波路、２０ 凸部、２２ メサストライプ構造、２４ 多重量子井戸層、２４Ａ 多重量子井戸層、２４Ｂ 多重量子井戸層、２６ 半導体層、２６Ａ 半導体層、２６Ｂ 半導体層、２６Ｃ 半導体層、２８ 第１電極、３０ 回折格子層、３２ コア層、３４ レーザ電極、３６ 酸化膜、３８ 第２電極、４０ メサ電極、４２ 引出電極、４４ パッド電極、４５ 半絶縁性半導体層、４６ 金属膜、４８ 第１部分、５０ 第２部分、５２ キャリア、５４ 電源ワイヤ、５６ コンデンサ、５８ シグナル配線、６０ 第１シグナルワイヤ、６２ グランドパターン、６４ 凹部、６６ 終端抵抗器、６８ 第２シグナルワイヤ、１１０ 半導体光素子、１１６ 半導体基板、１４２ 引出電極、１４４ パッド電極、１４５ 半絶縁性半導体層、１７０ 樹脂層、２２２ メサストライプ構造、２４０ メサ電極、２４５ 半絶縁性半導体層、２４６ 金属膜、２４８ 第１部分、２５０ 第２部分、３１０ 半導体光素子、３１２ 変調器、３１４ 半導体レーザ、３１８ 接続導波路、３２６Ｂ 半導体層、３２６Ｄ 半導体層、３４４ パッド電極、３４６ 金属膜、３４８ 第１部分、３５０ 第２部分、３５８ シグナル配線、３６０ 第１シグナルワイヤ、３６２ グランドパターン、３６２Ａ 第１グランドパターン、３６２Ｂ 第２グランドパターン、３７２ 出射導波路、３７４ グランドワイヤ、４４５ 半絶縁性半導体層、４５０ 第２部分、４７４ グランドワイヤ、Ｄ１ 第１方向、Ｄ２ 第２方向。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】