特開 2023-163097 半導体光素子

(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】P2023163097

(43)【公開日】2023-11-09

(54)【発明の名称】半導体光素子

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/025 20060101AFI20231101BHJP

   H01S 5/026 20060101ALI20231101BHJP

【ＦＩ】

G02F1/025

H01S5/026 616

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022093609

(22)【出願日】2022-06-09

(31)【優先権主張番号】P 2022073132

(32)【優先日】2022-04-27

(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】弁理士法人はるか国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】西村 和樹

(72)【発明者】

【氏名】浅倉 秀明

(72)【発明者】

【氏名】山内 俊也

(72)【発明者】

【氏名】中島 良介

【テーマコード（参考）】

2K102

5F173

【Ｆターム（参考）】

2K102AA20

2K102BA02

2K102BA11

2K102BB01

2K102BC04

2K102CA00

2K102DA08

2K102DA11

2K102DD03

2K102EA02

2K102EA16

2K102EB29

5F173AA26

5F173AB13

5F173AD13

5F173AL15

5F173AL21

5F173AP05

5F173AP45

5F173AP82

5F173AR36

5F173AR65

5F173AR93

(57)【要約】

【課題】高信頼性の確保および寄生容量の低減を目的とする。
【解決手段】半導体光素子は、凸部１２を上面に有する半導体層１０と、凸部１２の上に第１方向Ｄ１に延びる多重量子井戸層２０と、第２方向Ｄ２の両側でメサストライプ構造１４にそれぞれ接触する第１半導体層２４と、半導体層１０の上面にある第２半導体層２６と、第２半導体層２６の上方にある樹脂層３４と、第２半導体層２６の上にあり、樹脂層３４の対応する１つの周囲にそれぞれがあり、第２半導体層２６とは構成材料において異なる第３半導体層２８と、半導体層１０の下面にある第１電極３８と、メサストライプ構造１４の上端面にあるメサ電極４２と、メサ電極４２から第２方向Ｄ２に延びる引出電極４４と、樹脂層３４の一方の上方にあって引出電極４４に接続するパッド電極４６と、を含む第２電極４０と、を有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

凸部を上面に有し、前記凸部は第１方向にストライプ状に延びてメサストライプ構造の下端部を構成する半導体層と、
前記半導体層の前記凸部の上に前記第１方向に延び、前記メサストライプ構造の他の部分を構成する多重量子井戸層と、
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にそれぞれ接触する一対の第１半導体層と、
前記第２方向に前記凸部の両隣で、それぞれ、前記半導体層の前記上面にある一対の第２半導体層と、
前記一対の第２半導体層の上方にある一対の樹脂層と、
前記一対の第２半導体層の上にあり、前記一対の樹脂層の対応する１つの周囲にそれぞれがあり、前記一対の第２半導体層とは構成材料において異なる一対の第３半導体層と、
前記半導体層の下面にある第１電極と、
前記メサストライプ構造の上端面にあるメサ電極と、前記メサ電極から前記第２方向に延びる引出電極と、前記一対の樹脂層の一方の上方にあって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、
を有する半導体光素子。

【請求項2】

請求項１に記載された半導体光素子であって、
前記一対の第１半導体層、前記一対の第２半導体層および前記一対の第３半導体層は、前記多重量子井戸層の埋め込み層を構成し、
前記埋め込み層は、一対の凹部を有し、
前記一対の樹脂層は、それぞれ、前記一対の凹部に配置されている半導体光素子。

【請求項3】

請求項１に記載された半導体光素子であって、
前記一対の第３半導体層のそれぞれは、前記第１方向および前記第２方向を含むあらゆる周方向から、前記一対の樹脂層の対応する前記１つを囲む半導体光素子。

【請求項4】

請求項１に記載された半導体光素子であって、
前記一対の第３半導体層のそれぞれは、前記第１方向および前記第２方向の少なくとも一方に露出する側面を有する半導体光素子。

【請求項5】

請求項１に記載された半導体光素子であって、
前記一対の第１半導体層は、それぞれ、前記一対の第２半導体層の下に延びて、前記半導体層の前記上面に接触している半導体光素子。

【請求項6】

請求項１に記載された半導体光素子であって、
前記一対の第２半導体層のそれぞれは、前記一対の第１半導体層の対応する１つと前記一対の樹脂層の対応する１つの間に延びている半導体光素子。

【請求項7】

請求項１に記載された半導体光素子であって、
前記一対の第１半導体層は、前記構成材料において、前記一対の前記第２半導体層と異なる半導体光素子。

【請求項8】

請求項１に記載された半導体光素子であって、
前記一対の第３半導体層は、前記構成材料において、前記一対の第１半導体層と同じである半導体光素子。

【請求項9】

請求項８に記載された半導体光素子であって、
前記一対の第３半導体層のそれぞれは、前記一対の第１半導体層の対応する１つと連続している半導体光素子。

【請求項10】

請求項１に記載された半導体光素子であって、
前記一対の樹脂層のそれぞれと前記一対の第２半導体層の対応する１つとの間に介在する無機絶縁膜をさらに有する半導体光素子。

【請求項11】

請求項１０に記載された半導体光素子であって、
前記無機絶縁膜は、前記一対の樹脂層のそれぞれと前記一対の第１半導体層の対応する１つとの間にも介在する半導体光素子。

【請求項12】

請求項１０に記載された半導体光素子であって、
前記無機絶縁膜は、前記一対の樹脂層のそれぞれと前記一対の第３半導体層の対応する１つとの間にも介在する半導体光素子。

【請求項13】

請求項１に記載された半導体光素子であって、
前記一対の第１半導体層は、半絶縁性半導体からなる半導体光素子。

【請求項14】

請求項１に記載された半導体光素子であって、
前記一対の第２半導体層は、真性半導体からなる半導体光素子。

【請求項15】

請求項１に記載された半導体光素子であって、
前記パッド電極と前記一対の樹脂層の前記一方との間に介在する無機スペーサをさらに有する半導体光素子。

【請求項16】

請求項１に記載された半導体光素子であって、
前記半導体層の前記上面は、前記凸部を除いて、前記多重量子井戸層の下端より低い半導体光素子。

【請求項17】

請求項１に記載された半導体光素子であって、
前記メサ電極の一部は、前記一対の樹脂層の上にある半導体光素子。

【請求項18】

請求項１に記載された半導体光素子であって、
前記一対の樹脂層は、前記半導体層の前記上面からの高さにおいて、前記一対の第１半導体層より高い半導体光素子。

【請求項19】

請求項１に記載された半導体光素子であって、
前記半導体光素子は、電界吸収型変調器である半導体光素子。

【請求項20】

請求項１９に記載された半導体光素子であって、
半導体レーザをさらに有し、
前記電界吸収型変調器および前記半導体レーザが一体的に集積された変調器集積型半導体レーザである半導体光素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体光素子に関する。

【背景技術】

【0002】

電界吸収型変調器（以下、ＥＡ変調器）に、埋め込めヘテロ構造（Buried Hetero-structure：ＢＨ構造）が適用されることがある。ＢＨ構造とは、光機能層を含むメサストライプ構造が半導体層（埋め込み層）で埋め込まれた構造であり、高信頼性および高速応答性を達成している。さらに、埋め込み層に凹部を形成し、当該凹部に誘電率の低い樹脂を埋め込むことで、寄生容量を低減することができる（特許文献１及び２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１－９４５６号公報

【特許文献2】特開２０２２－６４２６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

埋め込み層の凹部は、形成プロセスで深さの制御が難しい。凹部の深さにばらつきがあると、樹脂の下地の高さが変動するので、これにより樹脂の厚みが変動して特性が変化する。特許文献１には、エッチング停止層によってエッチングを停止することが開示されているが、エッチング停止層がメサストライプ構造の直下にもあるため、電気的特性に影響を与える。引用文献２は、凹部の深さの制御についての言及がない。

【0005】

本発明は、高信頼性の確保および寄生容量の低減を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

半導体光素子は、凸部を上面に有し、前記凸部は第１方向にストライプ状に延びてメサストライプ構造の下端部を構成する半導体層と、前記半導体層の前記凸部の上に前記第１方向に延び、前記メサストライプ構造の他の部分を構成する多重量子井戸層と、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にそれぞれ接触する一対の第１半導体層と、前記第２方向に前記凸部の両隣で、それぞれ、前記半導体層の前記上面にある一対の第２半導体層と、前記一対の第２半導体層の上方にある一対の樹脂層と、前記一対の第２半導体層の上にあり、前記一対の樹脂層の対応する１つの周囲にそれぞれがあり、前記一対の第２半導体層とは構成材料において異なる一対の第３半導体層と、前記半導体層の下面にある第１電極と、前記メサストライプ構造の上端面にあるメサ電極と、前記メサ電極から前記第２方向に延びる引出電極と、前記一対の樹脂層の一方の上方にあって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、を有する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【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側面図である。

【図4】図３に示す半導体光素子のIV－IV線断面図である。

【図5】第１の実施形態に係る半導体光素子の製造方法を説明する図である。

【図6】第１の実施形態に係る半導体光素子の製造方法を説明する図である。

【図7】第１の実施形態に係る半導体光素子の製造方法を説明する図である。

【図8】第１の実施形態に係る半導体光素子の製造方法を説明する図である。

【図9】第１の実施形態に係る半導体光素子の製造方法を説明する図である。

【図10】第１の実施形態に係る半導体光素子の製造方法を説明する図である。

【図11】第１の実施形態に係る半導体光素子の製造方法を説明する図である。

【図12】第１の実施形態に係る半導体光素子の製造方法を説明する図である。

【図13】第２の実施形態に係る半導体光素子の平面図である。

【図14】図１３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素子の平面図である。

【図16】図１５に示す半導体光素子のXVI－XVI線断面図である。

【図17】図１５に示す半導体光素子のXVII－XVII線断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、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。

【0009】

［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。半導体光素子は、電界吸収型変調器（ＥＡ変調器）であるが、半導体レーザや受光素子であっても構わない。

【0010】

［半導体層］
半導体光素子は、半導体層１０を有する。半導体層１０は、半導体基板（例えばｎ－ＩｎＰ基板）であってもよいし、半導体基板の上にバッファ層(例えばｎ－ＩｎＰ層)がある積層体であってもよい。半導体層１０は、凸部１２を上面に有する。凸部１２は第１方向Ｄ１にストライプ状に延びる。凸部１２は、メサストライプ構造１４の下端部を構成する。メサストライプ構造１４は、半導体光素子の後方端面１６から前方端面１８に至るまで延びる。半導体層１０（特に凸部１２）は、第１導電型（例えばｎ型）の下部クラッド層として機能する。

【0011】

［多重量子井戸層］
半導体光素子は、多重量子井戸層２０を有する。多重量子井戸層２０は、半導体層１０の凸部１２の上に第１方向Ｄ１に延びる。多重量子井戸層２０は、メサストライプ構造１４の他の部分を構成する。半導体層１０の上面は、凸部１２を除いて、多重量子井戸層２０の下端より低い。

【0012】

［上部クラッド層］
半導体光素子は、第２導電型（例えばｐ型）の上部クラッド層２２を有する。上部クラッド層２２は、多重量子井戸層２０の上で第１方向Ｄ１にストライプ状に延びる。上部クラッド層２２はｐ－ＩｎＰ層である。多重量子井戸層２０と凸部１２（下部クラッド層）の間や、多重量子井戸層２０と上部クラッド層２２との間に、他の層（例えば光閉じ込め層）が配置されてもよい。本実施形態では第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型として説明するが、これは逆であっても構わない。上部クラッド層２２の上には、図示しないコンタクト層が配置されている。

【0013】

［第１半導体層］
半導体光素子は、一対の第１半導体層２４を有する。一対の第１半導体層２４は、半絶縁性半導体（例えばＦｅ－ＩｎＰ）からなる。一対の第１半導体層２４は、第１方向Ｄ１に直交する第２方向Ｄ２の両側で、それぞれ、メサストライプ構造１４（例えば両側面の全体）に接触する。一対の第１半導体層２４は、凸部１２の側面に接触し、半導体層１０の上面（凸部１２を除く）にも接触するように延びる。

【0014】

［第２半導体層］
半導体光素子は、一対の第２半導体層２６を有する。一対の第２半導体層２６は、意図的に不純物を添加していない真性半導体（例えばＩｎＧａＡｓ）からなる。一対の第２半導体層２６は、構成材料において、一対の第１半導体層２４と異なる。一対の第２半導体層２６は、第２方向Ｄ２に凸部１２の両隣で、それぞれ、半導体層１０の上面にある。一対の第２半導体層２６の下に、それぞれ、一対の第１半導体層２４が延びる。一対の第２半導体層２６は、メサストライプ構造１４の上端面付近を除いて（凸部１２を除いて）、半導体層１０の上面を完全に覆っている。さらに、第２半導体層２６は、メサストライプ構造１４に隣接（接触）する第１半導体層２４に、第２方向Ｄ２に隣接（接触）する。

【0015】

［第３半導体層］
半導体光素子は、一対の第３半導体層２８を有する。一対の第３半導体層２８は、半絶縁性半導体（例えばＦｅ－ＩｎＰ）からなる。一対の第３半導体層２８は、構成材料において、一対の第１半導体層２４と同じである。一対の第３半導体層２８のそれぞれは、一対の第１半導体層２４の対応する１つと連続している。例えば、メサストライプ構造１４の側面に沿って、第１半導体層２４が立ち上がり、その上端部から第２半導体層２６が連続している。また、両者間に、一対の第２半導体層２６の対応する１つが介在する。

【0016】

一対の第３半導体層２８は、それぞれ、一対の第２半導体層２６の上で立ち上がる。一対の第３半導体層２８は、一対の第２半導体層２６とは構成材料において異なる。一対の第３半導体層２８のそれぞれは、第１方向Ｄ１および２方向の少なくとも一方（例えば両方）に露出する側面を有する（図４参照）。

【0017】

［埋め込み層］
一対の第１半導体層２４、一対の第２半導体層２６および一対の第３半導体層２８は、多重量子井戸層２０の埋め込み層３０を構成する。埋め込み層３０は、メサストライプ構造１４の両側にある。埋め込み層３０は、メサストライプ構造１４の上端面を除いて設けられている。埋め込み層３０は、第２方向Ｄ２の両側で、メサストライプ構造１４の両側面に接触する。埋め込み層３０は、メサストライプ構造１４より高くなっている。埋め込み層３０は、後方端面１６から前方端面１８に至る。

【0018】

一対の第２半導体層２６は、半導体層１０の上面（凸部１２を除く）に沿って水平に延び、メサストライプ構造１４の隣では垂直ではなく傾斜して立ち上がる。これは、第１半導体層２４の側面が傾斜していることによる。埋め込み層３０は、一対の凹部３２を有する。凹部３２はメサストライプ構造１４の両側にある。凹部３２は、四方から埋め込み層３０で囲まれる。

【0019】

［樹脂層］
半導体光素子は、一対の樹脂層３４を有する。一対の樹脂層３４は、それぞれ、一対の凹部３２に配置されている。樹脂層３４は、凹部３２を充填するように配置されている。樹脂層３４は、埋め込み層３０を構成する半導体よりも誘電率の低い材料（例えば、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）やポリイミド）からなる。

【0020】

半導体光素子は、半導体ウエハに複数の半導体光素子を形成し、チップ化することで得られる。チップ化するときに、樹脂層３４を切断することは難しいので、埋め込み層３０（第３半導体層２８）で劈開する。したがって、樹脂層３４は、半導体光素子の端面や側面に露出しない。

【0021】

一対の樹脂層３４は、それぞれ、一対の第２半導体層２６の上方にある。一対の第２半導体層２６のそれぞれは、一対の第１半導体層２４の対応する１つと一対の樹脂層３４の対応する１つの間に延びている。一対の樹脂層３４は、半導体層１０の上面からの高さにおいて、一対の第１半導体層２４より高い。樹脂層３４は、埋め込み層３０より高くなっている。

【0022】

図３は、図１に示す半導体光素子の後方端面１６側から見た側面図である。図４は、図３に示す半導体光素子のIV－IV線断面図である。一対の第３半導体層２８のそれぞれは、一対の樹脂層３４の対応する１つの周囲にある。一対の第３半導体層２８のそれぞれは、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２を含むあらゆる周方向から、一対の樹脂層３４の対応する１つを囲む。

【0023】

［無機絶縁膜］
一対の樹脂層３４のそれぞれは、無機絶縁膜３６（例えば酸化シリコン膜や窒化シリコン膜）に囲まれている。無機絶縁膜３６は、一対の樹脂層３４のそれぞれと一対の第３半導体層２８の対応する１つとの間に介在する。

【0024】

無機絶縁膜３６は、凹部３２の内面に沿って配置される。無機絶縁膜３６は、一対の樹脂層３４のそれぞれと一対の第１半導体層２４の対応する１つとの間に介在する。無機絶縁膜３６は、一対の樹脂層３４のそれぞれと一対の第２半導体層２６の対応する１つとの間に介在する。無機絶縁膜３６は、埋め込み層３０の一部（凹部３２の周囲にある部分）の上端にも配置される（図２）。無機絶縁膜３６はメサストライプ構造１４の上端面には配置されない。

【0025】

［第１電極］
半導体光素子は、半導体層１０の下面（裏面）にある第１電極３８を有する（図２）。第１電極３８は、半導体層１０の下面のほぼ全面を覆う。第１電極３８は、半導体層１０と電気的かつ物理的に接続されて同電位になる。第１電極３８および半導体層１０の間に、半導体層１０と同じ導電型の半導体層が介在してもよい。

【0026】

［第２電極］
半導体光素子は、第２電極４０を有する。第２電極４０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４０は、メサストライプ構造１４の上端面にあるメサ電極４２を含む。メサ電極４２は、メサストライプ構造１４と電気的かつ物理的に接続されている。メサ電極４２と第１電極３８との間に逆バイアスを印加することで、半導体光素子は、多重量子井戸層２０で光を吸収する変調器として機能する。

【0027】

メサ電極４２は、平面形状において、長方形になっている。メサ電極４２の第１方向Ｄ１の先端は、後方端面１６および前方端面１８より内側にある（図１）が、それぞれの端面まで延びていても構わない。大きな寄生容量が高速駆動の妨げとなるので、メサ電極４２は、寄生容量を小さくするために小面積であることが好ましい。したがって、メサ電極４２は、メサストライプ構造１４の上端面を超えて埋め込み層３０の上に至るとしても、メサストライプ構造１４に隣接する端部のみに載る程度に細いことが好ましい。ここでは、メサ電極４２は樹脂層３４には重ならない。

【0028】

第２電極４０は、メサ電極４２から第２方向Ｄ２に延びる引出電極４４を含む。引出電極４４は、第１方向Ｄ１の幅において、メサ電極４２よりも細い。引出電極４４の一部は樹脂層３４と重畳する。ここでは、樹脂層３４の、メサストライプ構造１４に隣接する端部のみが引出電極４４と重畳する。第２電極４０は、一対の樹脂層３４の一方の上方にあって引出電極４４に接続するパッド電極４６を含む。パッド電極４６は、第１方向Ｄ１の幅において、引出電極４４よりも広い。パッド電極４６は、ワイヤボンディングされるようになっている。

【0029】

［作用効果]
半導体光素子は、少なくとも二つの利点を有する。まず、メサストライプ構造１４の両側は半導体（埋め込み層３０）に接触している。そのため、メサストライプ構造１４の側面が無機材料や樹脂に接触している構造と比較して、メサストライプ構造１４に含まれる半導体の劣化を防止することができ、信頼性が向上する。

【0030】

次に、埋め込み層３０に凹部３２が設けられており、そこに樹脂層３４が配置されているので、容量成分を低減することができ、優れた高速応答性を実現している。詳しくは、引出電極４４の一部およびパッド電極４６と半導体層１０との間には樹脂層３４が配置されている。そのため、これらの電極を起因とする寄生容量を低減することができる。

【0031】

例えば、凹部３２がなくパッド電極４６の下に埋め込み層３０が配置されている構造を想定する。この場合、パッド電極４６と半導体層１０との間には寄生容量が発生する。寄生容量は、パッド電極４６と半導体層１０との距離、パッド電極４６の面積、そして両者間の層の誘電率に依存する。パッド電極４６と半導体層１０との間には、半導体（埋め込み層３０）がある。従って、寄生容量の大きさは、埋め込み層３０の誘電率で決まる。

【0032】

本実施形態では、パッド電極４６と半導体層１０との間に、半導体（埋め込み層３０）より誘電率が小さい樹脂層３４があるので、寄生容量を小さくすることができる。そのため、優れた高速応答を達成することができる。

【0033】

さらに、メサストライプ構造１４の両側に樹脂層３４が配置されているために、高周波駆動時における容量を低減することが可能となる。メサストライプ構造１４に高周波電圧を印加したときに、電界はメサストライプ構造１４の内部だけではなくその両脇にも広がる。メサストライプ構造１４の両側がすべて埋め込み層３０（半導体層）であった場合と比較して、誘電率が低い樹脂層３４が配置されていることで、メサストライプ構造１４の両脇の電界分布領域を低誘電率化できる。これは、動作の高速化に寄与する。本効果を得るためには、メサストライプ構造１４の側面に配置される埋め込み層３０の厚さは、１０μｍ以下が望ましく、樹脂層３４がない場合と比較して１０％以上の帯域向上効果を得るために、５μｍ以下とすることがさらに望ましい。

【0034】

一対の樹脂層３４がメサストライプ構造１４の両側に配置されることは、パッド電極４６を起因とする寄生容量を下げるだけではなく、メサストライプ構造１４の両側に広がる電界分布領域の低容量化にも寄与する。その結果、高速応答性に優れた半導体光素子を提供することができる。

【0035】

さらに、埋め込み層３０が第２半導体層２６を含むので、凹部３２の製造性に優れている。後述する製造方法で詳細に説明するが、第２半導体層２６は、第１半導体層２４および第３半導体層２８と異なる材料であるため、凹部３２の形成時にエッチング停止層として機能する。

【0036】

本実施形態においては、エッチング停止層として機能する第２半導体層２６は、メサストライプ構造１４の下方には配置されていない。多重量子井戸層２０の下方の凸部１２と半導体層１０との間に、異なるバンドギャップを持つ層が含まれないために、電気的に影響を与えない。

【0037】

多重量子井戸層２０を中心に導波する光は、埋め込み層３０に広がる。第２半導体層２６がメサストライプ構造１４に近いと、光学的な影響を与える恐れがある。そのため、第２半導体層２６は、多重量子井戸層２０の側面から３００ｎｍ以上離れた位置にあることが望ましい。また、第２半導体層２６がエッチング停止層として機能しつつ、光学特性への影響を抑えるためには、第２半導体層２６の厚さは５ｎｍ以下が好ましい。

【0038】

樹脂層３４は、厚い方が、パッド電極４６を起因とする寄生容量を低減することができる。しかし、樹脂層３４が凹部３２の周囲の埋め込み層３０から盛り上がると、パッド電極４６とメサ電極４２との間に大きな段差（高低差）が生じる。その結果、引出電極４４において電極の不連続（段切れ）が生じる恐れがある。そこで、盛り上がらないように樹脂層３４を厚くするために、凹部３２を深くすることが望ましい。凹部３２の深さは、第２半導体層２６の位置で決まる。一つの指針として、第２半導体層２６を、半導体層１０の上面（凸部１２を除く）で、多重量子井戸層２０の下端より低く配置することが好ましい。

【0039】

以上のように、半導体光素子は、埋め込み構造の利点である信頼性を保ちつつ、光学的・電気的特性への影響を与えることなく、容量成分の低減が可能になっており、これらは動作の高速化に寄与する。

【0040】

［製造方法］
図５～図１２は、第１の実施形態に係る半導体光素子の製造方法を説明する図である。本実施形態では、半導体光素子の多面取り製造を行うために、半導体層１０をウエハ状で用意する。

【0041】

図５に示すように、半導体層１０上に、多重量子井戸層２０および上部クラッド層２２を含む半導体多層を形成する。その形成方法は、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法であっても、他の方法であっても構わない。また、メサストライプ構造１４となる領域を覆うエッチングマスク４８を形成する。

【0042】

図６に示すように、エッチングマスク４８で覆われていない領域をエッチングし、メサストライプ構造１４を形成する。ここでは、半導体層１０の一部もエッチングして凸部１２を形成している。

【0043】

図７に示すように、半導体層１０の上で、メサストライプ構造１４の両側に、第１半導体層２４を形成する。第１半導体層２４の構成材料はＩｎＰとした。形成方法は、ＭＯＣＶＤ法であっても、他の方法であっても構わない。第１半導体層２４は、半導体層１０の上面及びメサストライプ構造１４の側面に形成される。メサストライプ構造１４に沿って立ち上がる第１半導体層２４の側面は、上方に向けて、メサストライプ構造１４に近づくように傾く。

【0044】

図８に示すように、第２半導体層２６を第１半導体層２４の上に形成する。第２半導体層２６の構成材料はＩｎＧａＡｓとした。形成方法は、ＭＯＣＶＤ法であっても、他の方法であっても構わない。第２半導体層２６は、第１半導体層２４の表面形状に沿って形成される。第２半導体層２６は、第１半導体層２４と比較して非常に薄いため、メサストライプ構造１４の頂点までは及ばない。

【0045】

図９に示すように、第２半導体層２６の上に第３半導体層２８を形成する。第３半導体層２８の構成材料はＩｎＰとした。形成方法は、ＭＯＣＶＤ法であっても、他の方法であっても構わない。結晶成長は、第３半導体層２８がメサストライプ構造１４より高くなるまで行うが、メサストライプ構造１４と同じ高さで止めてもよい。

【0046】

第１半導体層２４と第３半導体層２８は、メサストライプ構造１４の上端部の隣で接触する。両者は同じＩｎＰからなるので、実際にはその界面は明確には見られない。そのため、図２では両者の界面を図示していないが、図９では、説明のために両者の界面を図示した。

【0047】

第２半導体層２６は、メサストライプ構造１４の上端部に隣接して、第１半導体層２４を完全に覆ってもよい。その場合、第１半導体層２４と第３半導体層２８は接しないが、半導体光素子の特性には影響は及ぼさない。その後、エッチングマスク４８を除去する。

【0048】

図１０に示すように、エッチングマスク５０を形成する。エッチングマスク５０は、凹部３２となる領域を除き、メサストライプ構造１４の上端面および第３半導体層２８を覆う。

【0049】

図１１に示すように、エッチングを行って、第３半導体層２８の一部を除去する。第３半導体層２８の構成材料はＩｎＰである。第２半導体層２６の構成材料はＩｎＰとは異なっており、選択エッチングを利用することでエッチングを第２半導体層２６の表面で止めることができる。エッチングにより、凹部３２が形成される。凹部３２の深さ（底面の位置）は、正確に、第２半導体層２６の表面となる。第２半導体層２６の材料は、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰおよびＩｎＧａＡｌＡｓのいずれであっても構わない。その後、エッチングマスク５０を除去する。

【0050】

図１２に示すように、凹部３２を含む表面全体に無機絶縁膜３６を形成する。無機絶縁膜３６は、埋め込み層３０の上端、凹部３２の内面、そしてメサストライプ構造１４の上端面のすべてを覆う。その後、凹部３２に樹脂層３４を形成する。樹脂層３４は無機絶縁膜３６より高くなるように形成する。

【0051】

メサストライプ構造１４の上端面で無機絶縁膜３６を除去し（スルーホール形成）、第２電極４０を形成する（図２参照）。第１電極３８を半導体層１０の下面（裏面）に形成する。その後、半導体ウエハを劈開する工程を経て、半導体光素子が得られる。

【0052】

［第２の実施形態］
図１３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１４は、図１３に示す半導体光素子のXIV－XIV線断面図である。

【0053】

無機スペーサ２５２が、パッド電極２４６と一対の樹脂層２３４の一方との間に介在する。無機スペーサ２５２は、例えば窒化シリコンからなり、樹脂層２３４よりもパッド電極２４６との密着性が高い。無機スペーサ２５２によって、パッド電極２４６を第１電極２３８から遠ざけて、パッド電極２４６を起因とする寄生容量をさらに低減する効果がある。無機スペーサ２５２は、平面形状において、パッド電極２４６より大きい。無機スペーサ２５２は、引出電極２４４の一部とも重畳する。

【0054】

無機スペーサ２５２は、端部がメサ電極２４２と重畳してもよいし、メサストライプ構造２１４に隣接する埋め込み層２３０の上まで延びていても構わない。引出電極２４４およびメサ電極２４２の一部が無機スペーサ２５２と重畳すれば、これらの領域の電極を起因とする寄生容量を低減することができる。逆に、無機スペーサ２５２は、パッド電極２４６より小さくても構わないが、パッド電極２４６を起因とする寄生容量の低減効果は弱くなる。

【0055】

メサ電極２４２の一部は、一対の樹脂層２３４の上にある。そのため、メサ電極２４２を起因とする寄生容量を低減することができる。第１の実施形態と比較して、メサ電極２４２が大きくなっているので、寄生容量が大きくなるが、位置ずれに対するトレランス（耐性）が高く、製造性に優れる。細いメサ電極２４２は、製造時のフォトマスクの位置合わせ精度の影響で、メサストライプ構造２１４の上端面からずれる恐れがある。

【0056】

［第３の実施形態］
図１５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１６は、図１５に示す半導体光素子のXVI－XVI線断面図である。図１７は、図１５に示す半導体光素子のXVII－XVII線断面図である。

【0057】

半導体光素子は、変調器集積型半導体レーザであり、ＥＡ変調器３５４および半導体レーザ３５６を有し、両者は一体的に集積されている。

【0058】

半導体光素子は、半導体レーザ３５６とＥＡ変調器３５４の両者に跨るメサストライプ構造３１４を有する。半導体レーザ３５６は、メサストライプ構造３１４の一部を含む。半導体レーザ３５６は、ＥＡ変調器３５４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３５６の後方（ＥＡ変調器３５４とは反対側）にある、半導体光素子の後方端面３１６には、図示しない誘電体高反射膜が形成されているが、低反射膜が形成されても構わない。

【0059】

半導体レーザ３５６は、ＤＦＢ（Distributed Feedback）レーザ、ＦＰ(Fabry-Perot)レーザ、ＤＢＲ(Distributed Bragg Reflector)レーザおよびＤＲ（Distributed Reflector)レーザのいずれであってもよく、１．３μｍ帯または１．５５μｍ帯で発振するようになっている。ただし、波長帯はこれに限定はされず他の波長帯であっても構わない。

【0060】

半導体レーザ３５６は、多重量子井戸層３２０と、その上に設けられた回折格子層３５８を備えている。回折格子層３５８の上には上部クラッド層３２２が設けられ、回折格子間にもクラッド層が介在する。多重量子井戸層３２０の上下にはそれぞれ図示しない光閉じ込め層が設けられ、上部クラッド層３２２の上には図示しないコンタクト層が設けられる。半導体レーザ３５６はレーザ電極３６０を有する。レーザ電極３６０と第１電極３３８との間に電圧を印加することで、半導体レーザ３５６は連続光を発振する。

【0061】

半導体レーザ３５６は、埋め込み層３３０に凹部３３２を有しない。半導体レーザ３５６には直流電流が注入されるために、寄生容量は問題とならない。むしろ放熱性の観点で、メサストライプ構造３１４の側面はすべて半導体である埋め込み層３３０の方が好ましい。また、第２半導体層３２６は５ｎｍ以下としているために、半導体レーザ３５６の機能に与える影響はほとんどない。

【0062】

ＥＡ変調器３５４は、メサストライプ構造３１４の他の一部を含む。メサストライプ構造３１４は、半導体光素子を小型化するために、第２方向Ｄ２において半導体光素子の中心位置からずれている。ＥＡ変調器３５４のパッド電極３４６は、ワイヤボンディングのために、ある程度の面積を必要とする。ワイヤボンディングをするための電極は一つで十分であり、メサストライプ構造３１４を挟んだ逆側には広い電極は不要である。そのため、第１の実施形態と比較して左側の領域を小さくすることで、半導体光素子が小型化されている。これに伴い、一つの半導体ウエハから取得できる素子数を増加させることができ、コスト低減が可能になる。

【0063】

なお、第２の実施形態に示す半導体光素子の構造を、第３の実施形態のＥＡ変調器３５４に適用しても構わない。その他の構成は、メサストライプ構造３１４が第２方向Ｄ２の中心に位置しない点を除いて、第１の実施形態に示した半導体光素子と同一である。

【0064】

［実施形態の概要］
（１）凸部１２を上面に有し、前記凸部１２は第１方向Ｄ１にストライプ状に延びてメサストライプ構造１４の下端部を構成する半導体層１０と、前記半導体層１０の前記凸部１２の上に前記第１方向Ｄ１に延び、前記メサストライプ構造１４の他の部分を構成する多重量子井戸層２０と、前記第１方向Ｄ１に直交する第２方向Ｄ２の両側で前記メサストライプ構造１４にそれぞれ接触する一対の第１半導体層２４と、前記第２方向Ｄ２に前記凸部１２の両隣で、それぞれ、前記半導体層１０の前記上面にある一対の第２半導体層２６と、前記一対の第２半導体層２６の上方にある一対の樹脂層３４と、前記一対の第２半導体層２６の上にあり、前記一対の樹脂層３４の対応する１つの周囲にそれぞれがあり、前記一対の第２半導体層２６とは構成材料において異なる一対の第３半導体層２８と、前記半導体層１０の下面にある第１電極３８と、前記メサストライプ構造１４の上端面にあるメサ電極４２と、前記メサ電極４２から前記第２方向Ｄ２に延びる引出電極４４と、前記一対の樹脂層３４の一方の上方にあって前記引出電極４４に接続するパッド電極４６と、を含む第２電極４０と、を有する半導体光素子。

【0065】

一対の第１半導体層２４、一対の第２半導体層２６および一対の第３半導体層２８に加えて、一対の樹脂層３４によって、寄生容量を低減することができる。さらに、一対の第３半導体層２８が、一対の第２半導体層２６とは構成材料において異なる。そのため、一対の第３半導体層２８のエッチングを、その下にある一対の第２半導体層２６で止めることが容易になる。これにより、一対の樹脂層３４の下地の高さのばらつきを抑えて、高信頼性を確保することができる。

【0066】

（２）（１）に記載された半導体光素子であって、前記一対の第１半導体層２４、前記一対の第２半導体層２６および前記一対の第３半導体層２８は、前記多重量子井戸層２０の埋め込み層３０を構成し、前記埋め込み層３０は、一対の凹部３２を有し、前記一対の樹脂層３４は、それぞれ、前記一対の凹部３２に配置されている半導体光素子。

【0067】

（３）（１）又は（２）に記載された半導体光素子であって、前記一対の第３半導体層２８のそれぞれは、前記第１方向Ｄ１および前記第２方向を含むあらゆる周方向から、前記一対の樹脂層３４の対応する前記１つを囲む半導体光素子。

【0068】

（４）（１）から（３）のいずれか１項に記載された半導体光素子であって、前記一対の第３半導体層２８のそれぞれは、前記第１方向Ｄ１および前記第２方向の少なくとも一方に露出する側面を有する半導体光素子。

【0069】

（５）（１）から（４）のいずれか１項に記載された半導体光素子であって、前記一対の第１半導体層２４は、それぞれ、前記一対の第２半導体層２６の下に延びて、前記半導体層１０の前記上面に接触している半導体光素子。

【0070】

（６）（１）から（５）のいずれか１項に記載された半導体光素子であって、前記一対の第２半導体層２６のそれぞれは、前記一対の第１半導体層２４の対応する１つと前記一対の樹脂層３４の対応する１つの間に延びている半導体光素子。

【0071】

（７）（１）から（６）のいずれか１項に記載された半導体光素子であって、前記一対の第１半導体層２４は、前記構成材料において、前記一対の前記第２半導体層２６と異なる半導体光素子。

【0072】

（８）（１）から（７）のいずれか１項に記載された半導体光素子であって、前記一対の第３半導体層２８は、前記構成材料において、前記一対の第１半導体層２４と同じである半導体光素子。

【0073】

（９）（８）に記載された半導体光素子であって、前記一対の第３半導体層２８のそれぞれは、前記一対の第１半導体層２４の対応する１つと連続している半導体光素子。

【0074】

（１０）（１）から（９）のいずれか１項に記載された半導体光素子であって、前記一対の樹脂層３４のそれぞれと前記一対の第２半導体層２６の対応する１つとの間に介在する無機絶縁膜３６をさらに有する半導体光素子。

【0075】

（１１）（１０）に記載された半導体光素子であって、前記無機絶縁膜３６は、前記一対の樹脂層３４のそれぞれと前記一対の第１半導体層２４の対応する１つとの間にも介在する半導体光素子。

【0076】

（１２）（１０）又は（１１）に記載された半導体光素子であって、前記無機絶縁膜３６は、前記一対の樹脂層３４のそれぞれと前記一対の第３半導体層２８の対応する１つとの間にも介在する半導体光素子。

【0077】

（１３）（１）から（１２）のいずれか１項に記載された半導体光素子であって、前記一対の第１半導体層２４は、半絶縁性半導体からなる半導体光素子。

【0078】

（１４）（１）から（１３）のいずれか１項に記載された半導体光素子であって、前記一対の第２半導体層２６は、真性半導体からなる半導体光素子。

【0079】

（１５）（１）から（１４）のいずれか１項に記載された半導体光素子であって、前記パッド電極２４６と前記一対の樹脂層２３４の前記一方との間に介在する無機スペーサ２５２をさらに有する半導体光素子。

【0080】

（１６）（１）から（１５）のいずれか１項に記載された半導体光素子であって、前記半導体層１０の前記上面は、前記凸部１２を除いて、前記多重量子井戸層２０の下端より低い半導体光素子。

【0081】

（１７）（１）から（１６）のいずれか１項に記載された半導体光素子であって、前記メサ電極２４２の一部は、前記一対の樹脂層２３４の上にある半導体光素子。

【0082】

（１８）（１）から（１７）のいずれか１項に記載された半導体光素子であって、前記一対の樹脂層３４は、前記半導体層１０の前記上面からの高さにおいて、前記一対の第１半導体層２４より高い半導体光素子。

【0083】

（１９）（１）から（１８）のいずれか１項に記載された半導体光素子であって、前記半導体光素子は、電界吸収型変調器である半導体光素子。

【0084】

（２０）（１９）に記載された半導体光素子であって、半導体レーザ３５６をさらに有し、前記電界吸収型変調器３５４および前記半導体レーザ３５６が一体的に集積された変調器集積型半導体レーザである半導体光素子。

【0085】

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】

【0086】

１０ 半導体層、１２ 凸部、１４ メサストライプ構造、１６ 後方端面、１８ 前方端面、２０ 多重量子井戸層、２２ 上部クラッド層、２４ 第１半導体層、２６ 第２半導体層、２８ 第３半導体層、３０ 埋め込み層、３２ 凹部、３４ 樹脂層、３６ 無機絶縁膜、３８ 第１電極、４０ 第２電極、４２ メサ電極、４４ 引出電極、４６ パッド電極、４８ エッチングマスク、５０ エッチングマスク、２１４ メサストライプ構造、２３０ 埋め込み層、２３４ 樹脂層、２３８ 第１電極、２４２ メサ電極、２４４ 引出電極、２４６ パッド電極、２５２ 無機スペーサ、３１４ メサストライプ構造、３１６ 後方端面、３２０ 多重量子井戸層、３２２ 上部クラッド層、３２６ 第２半導体層、３３０ 埋め込み層、３３２ 凹部、３３８ 第１電極、３４６ パッド電極、３５４ ＥＡ変調器、３５６ 半導体レーザ、３５８ 回折格子層、３６０ レーザ電極、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】