特開 2023-169670 光半導体装置

(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】P2023169670

(43)【公開日】2023-11-30

(54)【発明の名称】光半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/0235 20210101AFI20231122BHJP

   H01S 5/0225 20210101ALI20231122BHJP

【ＦＩ】

H01S5/0235

H01S5/0225

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022080926

(22)【出願日】2022-05-17

(71)【出願人】

【識別番号】309015134

【氏名又は名称】富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】羽鳥 伸明

【テーマコード（参考）】

5F173

【Ｆターム（参考）】

5F173MA02

5F173MA03

5F173MB02

5F173MC05

5F173MD03

5F173MD13

5F173MD27

5F173MD37

5F173MD53

5F173MD63

5F173MD75

5F173MD84

5F173ME15

5F173ME23

5F173MF03

5F173MF22

5F173MF40

(57)【要約】

【課題】光素子の欠損を抑制することができる光半導体装置を提供する。
【解決手段】光半導体装置は、第１面を有するシリコン基板上に形成された第１の光素子と、化合物半導体を含み、前記第１の光素子の上に実装され、前記第１面に対向する第２面を有する第２の光素子と、を有し、前記第１の光素子は、前記第２面に向けて突出する第１突出部を有し、前記第２面の一部が前記第１突出部に接触し、平面視で、前記第１突出部は前記第２の光素子の外縁の内側にある。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１面を有するシリコン基板上に形成された第１の光素子と、
化合物半導体を含み、前記第１の光素子の上に実装され、前記第１面に対向する第２面を有する第２の光素子と、
を有し、
前記第１の光素子は、前記第２面に向けて突出する第１突出部を有し、
前記第２面の一部が前記第１突出部に接触し、
平面視で、前記第１突出部は前記第２の光素子の外縁の内側にあることを特徴とする光半導体装置。

【請求項2】

前記第２の光素子は第１方向を長手方向とする平面形状を有し、
前記第１突出部は前記第１方向を長手方向とする平面形状を有することを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置。

【請求項3】

前記第２の光素子は、前記第１面に向けて突出し、前記第１突出部に接触する第２突出部を有し、
前記第２突出部は前記第１方向を長手方向とする平面形状を有し、
前記第１方向において、前記第２突出部の両端は、前記第１突出部の両端の外側にあることを特徴とする請求項２に記載の光半導体装置。

【請求項4】

前記第２の光素子は、前記第１の光素子にフリップチップ実装されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光半導体装置。

【請求項5】

前記第２の光素子は、半導体レーザであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光半導体装置。

【請求項6】

前記第２の光素子は、半導体光増幅器であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

加工技術の優位性、産業上の波及効果及び素子の微細化等の理由から、シリコン基板に光機能素子が形成されたシリコンフォトニクスの開発が進められている。例えば、シリコン基板に光変調器又は受光器が形成された光集積素子についての検討が行われている。

【0003】

ただし、シリコンには発光機構がないため、信号光は外部から入力される。また、シリコンには光の増幅作用がない。このため、微弱となった光信号を増幅するために、シリコン基板とは別に光増幅機構が設けられることもある。例えば、半導体レーザ（laser diode：ＬＤ）、半導体光増幅器（semiconductor optical amplifier：ＳＯＡ）等の光素子がシリコン基板にフリップチップ実装された光半導体装置が知られている。このような構成の光半導体装置では、光素子と、シリコン基板との間での高い結合効率を得るために、例えばサブミクロン単位での高精度での位置合わせが望まれる。従来、シリコン基板に予め高さを調整した構造物を形成し、この構造物を用いて高さ方向での位置合わせを行う技術が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】米国特許第１０８１６７４０号明細書

【特許文献2】特開２０１２－１８２３６７号公報

【特許文献3】特開２０１０－２０１８０号公報

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】Buddら、Semiconductor Optical Amplifier (SOA) Packaging for Scalable and Gain-Integrated Silicon Photonic Switching Platforms, Electronic Components & Technology Conference 2015, p1280

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ＬＤ及びＳＯＡ等の光素子は、ＩｎＰ等のシリコンよりも脆い材料を用いて構成される。このため、従来の技術では、シリコン基板に形成された構造物に光素子が接触した際に光素子の角部に欠損が生じることがある。角部に欠損が生じると、光素子の導波路等の要部までクラックが延びたり、欠け落ちた部分が位置合わせ妨げになったりする。クラックの延伸及び位置合わせ精度の低下は、歩留まり及び信頼性の低下を引き起こすおそれがある。

【0007】

本開示の目的は、光素子の欠損を抑制することができる光半導体装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の一形態によれば、第１面を有するシリコン基板上に形成された第１の光素子と、化合物半導体を含み、前記第１の光素子の上に実装され、前記第１面に対向する第２面を有する第２の光素子と、を有し、前記第１の光素子は、前記第２面に向けて突出する第１突出部を有し、前記第２面の一部が前記第１突出部に接触し、平面視で、前記第１突出部は前記第２の光素子の外縁の内側にある光半導体装置が提供される。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、光素子の欠損を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施形態に係る光半導体装置を示す分解斜視図である。

【図2】第１実施形態に係る光半導体装置における各部の配置を示す模式図である。

【図3】第１実施形態に係る光半導体装置を示す断面図（その１）である。

【図4】第１実施形態に係る光半導体装置を示す断面図（その２）である。

【図5】第１実施形態に係る光半導体装置を示す断面図（その３）である。

【図6】第１実施形態における光素子の製造方法を示す断面図（その１）である。

【図7】第１実施形態における光素子の製造方法を示す断面図（その２）である。

【図8】第１実施形態における光素子の製造方法を示す断面図（その３）である。

【図9】第１実施形態における光素子の製造方法を示す断面図（その４）である。

【図10】第１実施形態における光素子の製造方法を示す断面図（その５）である。

【図11】第１実施形態における光素子の製造方法を示す断面図（その６）である。

【図12】第１実施形態における光素子の製造方法を示す断面図（その７）である。

【図13】参考例に係る光半導体装置を示す断面図である。

【図14】第２実施形態に係る光半導体装置における各部の配置を示す模式図である。

【図15】第３実施形態に係る光半導体装置を示す分解斜視図である。

【図16】第３実施形態に係る光半導体装置における各部の配置を示す模式図である。

【図17】第３実施形態に係る光半導体装置を示す断面図である。

【図18】第４実施形態に係る光半導体装置を示す分解斜視図である。

【図19】第４実施形態に係る光半導体装置における各部の配置を示す模式図である。

【図20】第４実施形態に係る光半導体装置を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本開示の実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。また、以下の説明では、ＸＹＺ直交座標系を用いるが、当該座標系は、説明のために定めるものであって、光半導体装置等の姿勢について限定するものではない。また、ＸＹ面視を平面視といい、任意の点からみて、＋Ｚ方向を上方、上側又は上ということがあり、－Ｚ方向を下方、下側又は下ということがある。

【0012】

（第１実施形態）
第１実施形態について説明する。第１実施形態は光半導体装置に関する。図１は、第１実施形態に係る光半導体装置を示す分解斜視図である。図２は、第１実施形態に係る光半導体装置における各部の配置を示す模式図である。図３～図５は、第１実施形態に係る光半導体装置を示す断面図である。図３は、図２中のIII-III線に沿った断面図に相当する。図４は、図２中のIV-IV線に沿った断面図に相当する。図５は、図２中のV-V線に沿った断面図に相当する。

【0013】

図１～図５に示すように、第１実施形態に係る光半導体装置１は、第１面１００Ａを有するシリコンフォトニクス素子１００と、第２面２００Ａを有する光素子２００とを有する。光素子２００は、化合物半導体を含み、シリコンフォトニクス素子１００の上に実装されている。第２面２００Ａは第１面１００Ａに対向する。第１実施形態では、光素子２００は半導体レーザ（ＬＤ）である。

【0014】

シリコンフォトニクス素子１００は、例えばＳＯＩ（silicon on insulator）基板を有する。シリコンフォトニクス素子１００は、シリコン基板１１０と、絶縁層１２０と、シリコン層とを含む。シリコン層は、導波路１３１と、アライメントマーク１３２とを有する。導波路１３１はＸ軸方向に沿って延びる。アライメントマーク１３２は、例えば導波路１３１の＋Ｙ側及び－Ｙ側の２か所に設けられている。シリコン層が、更に、光変調器、受光器及びグレーティングカプラ等の光機能素子を含んでもよい。光変調器及び受光器に、変調信号入出力用電極、位相調整用電極等が接続されてもよい。シリコン基板１１０上に形成されたシリコンフォトニクス素子１００は第１の光素子の一例である。

【0015】

ＳＯＩ基板には、シリコン基板１１０の厚さ方向の途中まで達する溝１０５が形成されている。シリコンフォトニクス素子１００は、ＳＯＩ基板を覆う絶縁層１４０を有する。絶縁層１４０は、溝１０５の側壁面及び底面も覆う。溝１０５の底面上において、絶縁層１４０の上に電極１５０が形成されている。電極１５０は、Ｘ軸方向を長手方向、Ｙ軸方向を短手方向とする矩形状の平面形状を有する。電極１５０は、例えば、絶縁層１４０の上のＴｉ層１５１と、Ｔｉ層１５１の上のＰｔ層１５２と、Ｐｔ層１５２の上のＡｕ層１５３とを有する。

【0016】

シリコン基板１１０には、溝１０５の底面から第２面２００Ａに向けて突出する突出部１１１が形成されている。シリコンフォトニクス素子１００は、溝１０５の内部において、第２面２００Ａに向けて突出する第１突出部１０１を有する。第１突出部１０１は、シリコン基板１１０の突出部１１１と、絶縁層１４０の突出部１１１を覆う部分とを有する。第１突出部１０１は、例えば電極１５０の＋Ｙ側及び－Ｙ側の２か所に設けられている。第１突出部１０１は、Ｘ軸方向を長手方向、Ｙ軸方向を短手方向とする矩形状の平面形状を有する。例えば、第１突出部１０１のＸ軸方向の長さは３３０μｍ程度であり、Ｙ軸方向の長さは５０μｍ程度である。また、電極１５０のＹ軸方向の中心と第１突出部１０１のＹ軸方向の中心との間の距離は１６７．５μｍ程度である。

【0017】

光素子２００は、ＩｎＰ基板２１０と、クラッド層２２０と、活性層２３０と、アライメントマーク２３２と、絶縁層２４０と、電極２５１と、電極２５２とを有する。ＩｎＰ基板２１０の下側にクラッド層２２０が設けられ、クラッド層２２０内に活性層２３０が形成されている。絶縁層２４０はクラッド層２２０を覆う。クラッド層２２０及び活性層２３０はＩｎＰ系材料を含む。光素子２００は、Ｘ軸方向を長手方向、Ｙ軸方向を短手方向とする矩形状の平面形状を有する。クラッド層２２０は、Ｘ軸方向に延びるメサ構造部２６１を有し、活性層２３０はメサ構造部２６１内に形成されている。例えば、光素子２００のＸ軸方向の長さは８００μｍ程度であり、Ｙ軸方向の長さは５００μｍ程度である。活性層２３０はＸ軸方向に沿って延びる。メサ構造部２６１及び活性層２３０はＹ軸方向で光素子２００の中心に設けられている。活性層２３０は導波路１３１からＸ軸方向で離れている。また、活性層２３０は、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の２方向において、導波路１３１と同じ位置にある。Ｘ軸方向は第１方向の一例である。光素子２００は第２の光素子の一例である。

【0018】

クラッド層２２０には、メサ構造部２６１の周囲の面から第１面１００Ａに向けて突出する突出部２６２が形成されている。光素子２００は、第１面１００Ａに向けて突出する第２突出部２０２を有する。第２突出部２０２は、クラッド層２２０の突出部２６２と、絶縁層２４０の突出部２６２を覆う部分とを有する。第２突出部２０２は、例えばメサ構造部２６１の＋Ｙ側及び－Ｙ側の２か所に設けられている。第２突出部２０２は、Ｘ軸方向を長手方向、Ｙ軸方向を短手方向とする矩形状の平面形状を有する。例えば、第２突出部２０２のＸ軸方向の長さは４９０μｍ程度であり、Ｙ軸方向の長さは１０μｍ程度である。アライメントマーク２３２は、例えば、各第２突出部２０２の＋Ｘ側の端部の近傍及び－Ｘ側の端部の近傍に設けられている。

【0019】

絶縁層２４０にクラッド層２２０の下側の面を露出する開口部が形成されており、この開口部の内側に、クラッド層２２０の下側の面に接触する電極２５１が設けられている。電極２５１はクラッド層２２０にオーミック接触する。また、電極２５２はＩｎＰ基板２１０の上側の面に接する。電極２５２はＩｎＰ基板２１０にオーミック接触する。

【0020】

光素子２００の第２面２００Ａの一部が第１突出部１０１に接触する。具体的には、第２突出部２０２の第１突出部１０１に対向する面が第１突出部１０１に接触する。第２突出部２０２の幅（Ｙ軸方向の寸法）は第１突出部１０１の幅（Ｙ軸方向の寸法）よりも小さい。図５に示すように、Ｙ軸方向では、第２突出部２０２の第１突出部１０１に対向する面の全体が第１突出部１０１に接触する。一方、第２突出部２０２の長さ（Ｘ軸方向の寸法）は第１突出部１０１の長さ（Ｘ軸方向の寸法）よりも大きい。図４に示すように、Ｘ軸方向では、第２突出部２０２の第１突出部１０１に対向する面の一部が第１突出部１０１に接触し、第２突出部２０２の第１突出部１０１に対向する面の他の一部は第１突出部１０１に接触せず、第１突出部１０１からはみ出している。第２突出部２０２は、例えば、第１突出部１０１から＋Ｘ側及び－Ｘ側の両側に８０μｍずつはみ出している。

【0021】

シリコンフォトニクス素子１００の電極１５０と光素子２００の電極２５１との間に、導電性接合材１０が設けられている。電極１５０と電極２５１とが導電性接合材１０を介して電気的に接続されている。導電性接合材１０は、例えばＡｕＳｎはんだである。

【0022】

また、平面視で、各第１突出部１０１は光素子２００の外縁の内側にある。すなわち、第１突出部１０１の＋Ｘ側の端部は、光素子２００の＋Ｘ側の側面よりも－Ｘ側にあり、第１突出部１０１の－Ｘ側の端部は、光素子２００の－Ｘ側の側面よりも＋Ｘ側にある。また、第１突出部１０１の＋Ｙ側の端部は、光素子２００の＋Ｙ側の側面よりも－Ｙ側にあり、第１突出部１０１の－Ｙ側の端部は、光素子２００の－Ｙ側の側面よりも＋Ｙ側にある。

【0023】

次に、光素子２００の製造方法について説明する。図６～図１２は、第１実施形態における光素子の製造方法を示す断面図である。ここでは、これまでの説明とは上下を反転させて説明する。

【0024】

まず、図６に示すように、ＩｎＰ基板２１０の上にＩｎＰ系の半導体層２２１、２３１及び２２２を形成する。半導体層２２１及び２２２はクラッド層２２０の一部となり、半導体層２３１は活性層２３０となる。次いで、半導体層２２２の上に絶縁体のマスク２８１及び２８２を形成する。マスク２８１は、活性層２３０を形成する領域に形成し、マスク２８２は、突出部２６２を形成する領域に形成する。

【0025】

その後、図７に示すように、マスク２８１及び２８２を用いて半導体層２２１、２３１及び２２２をエッチングする。このエッチングは、半導体層２２１の厚さ方向の途中で停止する。この結果、半導体層２３１から活性層２３０が形成される。

【0026】

続いて、図８に示すように、マスク２８１及び２８２を残したまま、半導体層の再成長を行い、半導体層２２１及び２２２を含む半導体層２２３を形成する。半導体層２２３の上面の位置は、例えば、半導体層２２２の上面の位置と同じであるか、半導体層２２２の上面の位置の近傍である。

【0027】

次いで、図９に示すように、マスク２８１及び２８２を除去し、更に、半導体層の再成長を行い、半導体層２２３を含む半導体層２２４を形成する。半導体層２２４の厚さは、クラッド層２２０の厚さと一致させる。

【0028】

その後、マスク（図示せず）を用いた半導体層２２４のエッチングを行い、図１０に示すように、メサ構造部２６１を形成するとともに、突出部２６２を形成する領域に、半導体層２２４及び２３１を含む突出部２６３を形成する。このエッチングは、複数回に分けて行ってもよい。

【0029】

続いて、マスクを除去し、別のマスク（図示せず）を用いた突出部２６３のエッチングを行い、図１１に示すように、突出部２６２を形成する。このエッチングでは、例えば半導体層２３１を除去する。

【0030】

次いで、マスクを除去し、図１２に示すように、絶縁層２４０、電極２５１及び電極２５２を形成する。

【0031】

このようにして、光素子２００を製造することができる。

【0032】

シリコンフォトニクス素子１００の上に光素子２００をフリップチップ実装する際には、第２突出部２０２を第１突出部１０１に接触させることで、シリコンフォトニクス素子１００と光素子２００との間の高さ方向（Ｚ軸方向）での位置合わせを高精度で行うことができる。また、アライメントマーク１３２及び２３２を用いた画像認識により、シリコンフォトニクス素子１００と光素子２００との間のＸＹ面内での位置合わせを高精度で行うことができる。従って、導波路１３１と活性層２３０とを、例えばサブミクロン単位で位置合わせすることができる。なお、フリップチップ実装の際には、光素子２００がシリコンフォトニクス素子１００に固定されるまで、光素子２００にはシリコンフォトニクス素子１００に向かう方向の力が加えられる。

【0033】

また、平面視で、第１突出部１０１が光素子２００の外縁の内側にあるため、シリコンフォトニクス素子１００と光素子２００との接触に伴う欠損の発生を抑制することができる。ここで、第１突出部の一部がＬＤの外縁の外側にある参考例について説明する。図１３は、参考例に係る光半導体装置を示す断面図である。

【0034】

参考例に係る光半導体装置１Ｘは、第１面１００Ａを有するシリコンフォトニクス素子１００Ｘと、第２面２００Ａを有する光素子２００Ｘとを有する。

【0035】

光素子２００Ｘには、第２突出部２０２が設けられていない。光素子２００Ｘの他の構成は、光素子２００の構成と同様である。シリコンフォトニクス素子１００Ｘは、第１突出部１０１に代えて第１突出部１０１Ｘを有する。第１突出部１０１Ｘは、平面視で、光素子２００Ｘの縁が重なる位置に設けられており、光素子２００Ｘに達する高さを有する。シリコンフォトニクス素子１００Ｘの他の構成は、シリコンフォトニクス素子１００の構成と同様である。

【0036】

光半導体装置１Ｘにおいては、光素子２００Ｘの下側の面と側壁面とが交わる角部が第１突出部１０１の上にある。このため、フリップチップ実装の際に光素子２００Ｘにシリコンフォトニクス素子１００Ｘに向かう方向の力が加えられると、光素子２００Ｘの角部に応力が集中しやすく、角部に欠損が生じやすい。

【0037】

これに対し、光半導体装置１では、平面視で、第１突出部１０１が光素子２００の外縁の内側にあるため、参考例のような応力集中を回避できる。第２突出部２０２に上方に向かう力が作用するが、この力は比較的均一に作用するため、応力集中は生じにくい。従って、第２突出部２０２にも欠損が生じにくい。

【0038】

このように、第1実施形態によれば、光素子２００の欠損を抑制することができる。従って、欠損を起点とするクラックの活性層２３０への延伸を抑制したり、位置合わせ精度の低下を抑制したりすることができる。このため、欠損に伴う歩留まり及び信頼性の低下を抑制することができる。

【0039】

また、上述のように、光素子２００の製造の際には、半導体層の再成長を行う（図８）。この再成長の際に、突出部２６２となる部分の２つの側面が交わる角部の近傍、特に２側面の間の角度が９０°である角部の近傍及びＸＹ平面に平行な方向の寸法が小さい側面の近傍では、半導体層の異常成長が生じやすい。例えば、＋Ｘ側の端部の近傍及び－Ｘ側の端部の近傍では、半導体層の異常成長が生じやすい。これは、結晶成長が生じる部分の近傍に多種の結晶面が存在するためである。そして、異常成長が生じた部分では、正常な結晶成長が行われた部分よりも半導体層２２３が厚くなる。例えば、厚さの相違が２μｍ程度となることがある。この異常成長が生じた部分は、ウェットエッチング等で除去しにくい結晶面を含むため、後の工程でも完全には除去できず、光素子の完成後でも、例えば０．５μｍ～１μｍ程度の厚さで残存する可能性がある。

【0040】

第１実施形態では、Ｘ軸方向において、第２突出部２０２の両端が、第１突出部１０１の両端の外側にある。このため、上記のような異常成長が生じたとしても、異常成長により厚くなった部分は第１突出部１０１に接触しない。従って、高い精度での位置合わせが可能である。

【0041】

なお、Ｘ軸方向において、第２突出部２０２の端部は、第１突出部１０１の端部よりも８０μｍ以上外側に位置することが好ましく、１００μｍ以上外側に位置することがより好ましく、１２０μｍ以上外側に位置することが更に好ましい。

【0042】

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。第２実施形態は、主として第２突出部の＋Ｘ側及び－Ｙ側の両側の端部の形状の点で第１実施形態と相違する。図１４は、第２実施形態に係る光半導体装置における各部の配置を示す模式図である。

【0043】

図１４に示すように、第２実施形態に係る光半導体装置２では、光素子２００が第２突出部２０２に代えて第２突出部２０２Ａを有する。第２突出部２０２Ａに含まれるクラッド層２２０の突出部の＋Ｘ側の端部は、平面視で、ＹＺ面及びＺＸ面の両方から傾斜した２つの側面を有する。これら２つの側面は（０１１）面及び（０－１－１）面とは異なる結晶面である。第２突出部２０２Ａに含まれるクラッド層２２０の突出部の－Ｘ側の端部も、平面視で、ＹＺ面及びＺＸ面の両方から傾斜した２つの側面を有する。これら２つの側面も（０１１）面及び（０－１－１）面とは異なる結晶面である。なお、結晶学上の指数が負であることは、通常、"－"（バー）を数字の上に付すことによって表現されるが、ここでは数字の前に負の符号を付している。

【0044】

他の構成は第１実施形態と同様である。

【0045】

第２実施形態によっても第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第２突出部２０２Ａに含まれるクラッド層２２０の突出部の＋Ｘ側及び－Ｙ側の両側の端部が、平面視で、ＹＺ面及びＺＸ面の両方から傾斜した２つの側面を有する。従って、角部における２側面がなす角度が９０°ではなく、角度が９０°の場合と比較して、異常成長を抑制しやすい。また、側面が（０１１）面又は（０－１－１）面である場合は、比較的異常成長が生じやすいが、第２実施形態では側面が（０１１）面及び（０－１－１）面とは異なる結晶面であるため、この点でも異常成長を抑制しやすい。このため、第２実施形態によれば、より寸法精度が高い光素子２００を得やすい。

【0046】

なお、本開示において、第２突出部の平面形状は多角形である場合、多角形の各頂点の角度は９０°からずれていることが好ましい。

【0047】

（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。第３実施形態は、主として、光素子の構成の点で第２実施形態と相違する。図１５は、第３実施形態に係る光半導体装置を示す分解斜視図である。図１６は、第３実施形態に係る光半導体装置における各部の配置を示す模式図である。図１７は、第１実施形態に係る光半導体装置を示す断面図である。図１７は、図１６中のXVII-XVII線に沿った断面図に相当する。

【0048】

第３実施形態に係る光半導体装置３では、第３実施形態では、光素子２００は半導体光増幅器（ＳＯＡ）である。図１５～図１７に示すように、光素子２００は、活性層２３０に代えて活性層３３０を有する。クラッド層２２０及び活性層３３０はＩｎＰ系材料を含む。クラッド層２２０の構成が第２の実施形態とは相違していてもよい。活性層３３０はＸ軸方向から傾斜した方向に沿って延びる。

【0049】

シリコンフォトニクス素子１００は、スポットサイズ変換器（spot size converter：ＳＳＣ）１３４及び３３４を有する。ＳＳＣ１３４は、光素子２００の活性層３３０の出射側（＋Ｘ側）の端面の近傍に配置されている。ＳＳＣ３３４は、光素子２００の活性層３３０の入射側（－Ｘ側）の端面の近傍に配置されている。ＳＳＣ１３４及び３３４は、例えば窒化シリコン層から形成されている。ＳＳＣ１３４及び３３４のＺ軸方向の位置は活性層３３０のＺ軸方向の位置と同じである。シリコンフォトニクス素子１００は、導波路１３３及び３３３を有する。導波路１３３は導波路１３１に代えて設けられている。導波路１３３及び３３３はＳＯＩ基板のシリコン層に含まれる。導波路１３３はＳＳＣ１３４の下方に設けられている。導波路３３３はＳＳＣ３３４の下方に設けられている。Ｚ軸方向において、導波路１３３はＳＳＣ１３４から３００ｎｍ程度離れており、導波路３３３はＳＳＣ３３４から３００ｎｍ程度離れている。例えば、ＳＳＣ１３４及び３３４の光素子２００から遠い側の端部の形状は、それぞれ導波路１３３及び３３３に低損失で光を遷移させるためのテーパ形状になっている。ＳＳＣ１３４及び３３４は、活性層３３０よりも大きくＸ軸方向から傾斜した方向に沿って延びる。導波路１３３及び３３３はＳＳＣ１３４及び３３４と同一の方向に延びる。

【0050】

他の構成は第２実施形態と同様である。

【0051】

第３実施形態によっても第２実施形態と同様の効果を得ることができる。つまり、光素子２００がＳＯＡである場合も、光素子２００がＬＤである場合と同様に、光素子２００の欠損の抑制等の効果を得ることができる。

【0052】

（第４実施形態）
第４実施形態について説明する。第４実施形態は、ＳＯＡの活性層の構成の点で第３実施形態と相違する。図１８は、第４実施形態に係る光半導体装置を示す分解斜視図である。図１９は、第４実施形態に係る光半導体装置における各部の配置を示す模式図である。図２０は、第４実施形態に係る光半導体装置を示す断面図である。図２０は、図１９中のXX-XX線に沿った断面図に相当する。

【0053】

図１８～図２０に示すように、第４実施形態に係る光半導体装置４では、光素子２００が活性層３３０に代えて活性層４３０を有する。活性層４３０の平面形状はＵ字型である。平面視で、活性層４３０は、例えばＸ軸方向に延びる２つの直線状の部分と、これら２つの直線状の部分の－Ｘ側の端部同士を繋ぐ半円状の部分とを有する。例えば、２つの直線状の部分の間の距離は２５０μｍ程度である。光素子２００は、いわゆるＵターン型ＳＯＡ（Ｕ－ＳＯＡ）である。活性層４３０への光の入射も、活性層４３０からの光の出射も光素子２００の＋Ｘ側の端面で行われる。

【0054】

シリコンフォトニクス素子１００は、ＳＳＣ３３４及び導波路３３３に代えて、ＳＳＣ４３４及び導波路４３３を有する。ＳＳＣ４３４は、光素子２００の活性層３３０の入射側（＋Ｘ側）の端面の近傍に配置されている。ＳＳＣ４３４は、例えば窒化シリコン層から形成されている。ＳＳＣ１３４及び４３４のＺ軸方向の位置は活性層４３０のＺ軸方向の位置と同じである。導波路４３３はＳＯＩ基板のシリコン層に含まれる。導波路４３３はＳＳＣ３３４の下方に設けられている。Ｚ軸方向において、導波路４３３はＳＳＣ４３４から３００ｎｍ程度離れている。例えば、ＳＳＣ４３４の光素子２００から遠い側の端部の形状は、導波路４３３に低損失で光を遷移させるためのテーパ形状になっている。ＳＳＣ４３４は、活性層３３０よりも大きくＸ軸方向から傾斜した方向に沿って延びる。導波路４３３はＳＳＣ４３４と同一の方向に延びる。

【0055】

他の構成は第３実施形態と同様である。

【0056】

第４実施形態によっても第３実施形態と同様の効果を得ることができる。また、ＳＳＣ３３４及び４３４の両方が光素子２００の＋Ｘ側に位置するため、第３実施形態と比較すると、光素子２００の微小な回転又は傾きによる結合ずれをより一層抑制することができる。従って、結合損失をより安定して低減することができる。

【0057】

第２の光素子に含まれる化合物半導体は、ＩｎＰ系半導体に限定されず、ＧａＡｓ系半導体が第２の光素子に含まれていてもよい。例えば、第２の光素子がＧａＡｓ基板と、ＧａＡｓ系半導体を含む半導体層とを有してもよい。

【0058】

以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。

【0059】

以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。

【0060】

（付記１）
第１面を有するシリコン基板上に形成された第１の光素子と、
化合物半導体を含み、前記第１の光素子の上に実装され、前記第１面に対向する第２面を有する第２の光素子と、
を有し、
前記第１の光素子は、前記第２面に向けて突出する第１突出部を有し、
前記第２面の一部が前記第１突出部に接触し、
平面視で、前記第１突出部は前記第２の光素子の外縁の内側にあることを特徴とする光半導体装置。
（付記２）
前記第２の光素子は第１方向を長手方向とする平面形状を有し、
前記第１突出部は前記第１方向を長手方向とする平面形状を有することを特徴とする付記１に記載の光半導体装置。
（付記３）
前記第２の光素子は、前記第１方向に延びる活性層を有することを特徴とする付記２に記載の光半導体装置。
（付記４）
前記第２の光素子は、前記第１面に向けて突出し、前記第１突出部に接触する第２突出部を有し、
前記第２突出部は前記第１方向を長手方向とする平面形状を有し、
前記第１方向において、前記第２突出部の両端は、前記第１突出部の両端の外側にあることを特徴とする付記２に記載の光半導体装置。
（付記５）
前記第２突出部の平面形状は多角形であり、
前記多角形の各頂点の角度は９０°からずれていることを特徴とする付記４に記載の光半導体装置。
（付記６）
前記第１方向において、前記第２突出部の端部は、前記第１突出部の端部よりも８０μｍ以上外側に位置することを特徴とする付記４に記載の光半導体装置。
（付記７）
前記第２の光素子は、前記第１の光素子にフリップチップ実装されていることを特徴とする付記１乃至６のいずれか１項に記載の光半導体装置。
（付記８）
前記第２の光素子は、半導体レーザであることを特徴とする付記１乃至６のいずれか１項に記載の光半導体装置。
（付記９）
前記第２の光素子は、半導体光増幅器であることを特徴とする付記１乃至６のいずれか１項に記載の光半導体装置。
（付記１０）
前記第２の光素子は、ＩｎＰ系材料又はＧａＡｓ系材料を含むことを特徴とする付記１乃至９のいずれか１項に記載の光半導体装置。

【符号の説明】

【0061】

１、２、３、４：光半導体装置
１００：シリコンフォトニクス素子
１００Ａ：第１面
１０１：第１突出部
１０５：溝
１１０：シリコン基板
１２０：絶縁層
１３１、１３３、３３３、４３３：導波路
１３４、３３４、４３４：スポットサイズ変換器
１４０：絶縁層
２００：光素子
２００Ａ：第２面
２０２、２０２Ａ：第２突出部
２１０：ＩｎＰ基板
２２０：クラッド層
２３０、３３０、４３０：活性層
２４０：絶縁層
２６１：メサ構造部
２６２：突出部

【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】

【図19】

【図20】