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(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】P2023072628
(43)【公開日】2023-05-24
(54)【発明の名称】半導体光素子
(51)【国際特許分類】
H01S 5/028 20060101AFI20230517BHJP
H01S 5/227 20060101ALI20230517BHJP
【ＦＩ】
H01S5/028
H01S5/227
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022020198
(22)【出願日】2022-02-14
(31)【優先権主張番号】P 2021185154
(32)【優先日】2021-11-12
(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】中村 厚
(72)【発明者】
【氏名】浜田 重剛
(72)【発明者】
【氏名】中島 良介
(72)【発明者】
【氏名】鷲野 隆
(72)【発明者】
【氏名】横川 翔子
(72)【発明者】
【氏名】中原 宏治
【テーマコード（参考）】
5F173
【Ｆターム（参考）】
5F173AA26
5F173AL10
5F173AL13
5F173AL14
5F173AL21
5F173AR72
(57)【要約】
【課題】
放熱性と信頼性に優れた半導体光素子を提供することにある。
【解決手段】
半導体光素子であって、基板と、前記基板の上に形成され、発光する活性層を含む半導体多層と、前記半導体多層の上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜の上の一部に形成された電極と、を備え、前記絶縁膜は、前記半導体多層と前記電極とが電気的に接続される領域を除いて前記半導体多層を覆い、前記電極と重畳する領域の少なくとも一部が前記電極と重畳しない領域よりも薄い。
【選択図】図２
放熱性と信頼性に優れた半導体光素子を提供することにある。
【解決手段】
半導体光素子であって、基板と、前記基板の上に形成され、発光する活性層を含む半導体多層と、前記半導体多層の上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜の上の一部に形成された電極と、を備え、前記絶縁膜は、前記半導体多層と前記電極とが電気的に接続される領域を除いて前記半導体多層を覆い、前記電極と重畳する領域の少なくとも一部が前記電極と重畳しない領域よりも薄い。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、
前記基板の上に形成され、光機能層を含む半導体多層と、
前記半導体多層の上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜の上の一部に形成された電極と、を備え、
前記絶縁膜は、前記半導体多層と前記電極とが電気的に接続される領域を除いて前記半導体多層を覆い、前記電極と重畳する領域の少なくとも一部が前記電極と重畳しない領域よりも薄い、
半導体光素子。
前記基板の上に形成され、光機能層を含む半導体多層と、
前記半導体多層の上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜の上の一部に形成された電極と、を備え、
前記絶縁膜は、前記半導体多層と前記電極とが電気的に接続される領域を除いて前記半導体多層を覆い、前記電極と重畳する領域の少なくとも一部が前記電極と重畳しない領域よりも薄い、
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、
前記絶縁膜の厚い領域は、前記電極の端部の一部と重畳している、半導体光素子。
前記絶縁膜の厚い領域は、前記電極の端部の一部と重畳している、半導体光素子。
【請求項3】
請求項１または２に記載の半導体光素子であって、
前記絶縁膜は、単一の材料で一体的に形成される、半導体光素子。
前記絶縁膜は、単一の材料で一体的に形成される、半導体光素子。
【請求項4】
請求項１または２に記載の半導体光素子であって、
前記絶縁膜は、前記薄い領域に形成された第１絶縁層と、厚い領域に前記第１絶縁層とは異なる材料で形成された第２絶縁層と、を含む半導体光素子。
前記絶縁膜は、前記薄い領域に形成された第１絶縁層と、厚い領域に前記第１絶縁層とは異なる材料で形成された第２絶縁層と、を含む半導体光素子。
【請求項5】
請求項４に記載の半導体光素子であって、
前記第１絶縁層は前記電極と重畳しない領域に形成される、半導体光素子。
前記第１絶縁層は前記電極と重畳しない領域に形成される、半導体光素子。
【請求項6】
請求項５に記載の半導体光素子であって、
前記電極と重畳しない領域に配置されている前記第１絶縁層は、前記第２絶縁層の下に配置されている、半導体光素子。
前記電極と重畳しない領域に配置されている前記第１絶縁層は、前記第２絶縁層の下に配置されている、半導体光素子。
【請求項7】
請求項５に記載の半導体光素子であって、
前記電極と重畳しない領域に配置されている前記第１絶縁層は、前記第２絶縁層の上に配置されている、半導体光素子。
前記電極と重畳しない領域に配置されている前記第１絶縁層は、前記第２絶縁層の上に配置されている、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、
前記電極の端部において、前記第１絶縁層は前記第２絶縁層の上に配置されている、半導体光素子。
前記電極の端部において、前記第１絶縁層は前記第２絶縁層の上に配置されている、半導体光素子。
【請求項9】
請求項１乃至８のいずれかに記載の半導体光素子であって、
前記半導体多層はストライプ構造と前記ストライプ構造の両側に形成された埋め込み層を含む、半導体光素子。
前記半導体多層はストライプ構造と前記ストライプ構造の両側に形成された埋め込み層を含む、半導体光素子。
【請求項10】
請求項４乃至８のいずれかに記載の半導体光素子であって、
前記半導体多層はストライプ構造を含み、
前記第１絶縁層は、前記ストライプ構造の側面に配置されている、半導体光素子。
前記半導体多層はストライプ構造を含み、
前記第１絶縁層は、前記ストライプ構造の側面に配置されている、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、
前記ストライプ構造の側面の下方において、前記ストライプ構造の側面と前記第１絶縁層との間に前記第２絶縁層が配置されている、半導体光素子。
前記ストライプ構造の側面の下方において、前記ストライプ構造の側面と前記第１絶縁層との間に前記第２絶縁層が配置されている、半導体光素子。
【請求項12】
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の半導体光素子であって、
前記絶縁膜の薄い領域はシリコン窒化膜もしくは酸化アルミニウム膜を含む、半導体光素子。
前記絶縁膜の薄い領域はシリコン窒化膜もしくは酸化アルミニウム膜を含む、半導体光素子。
【請求項13】
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の半導体光素子であって、
前記絶縁膜の厚い領域はシリコン酸化膜を含む、半導体光素子。
前記絶縁膜の厚い領域はシリコン酸化膜を含む、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】
光通信に用いられる半導体光素子は、電気を光、もしくは光を電気に変換する光機能層を有する。例えば、レーザや外部変調器では光機能層は多重量子井戸層を用いたものが知られている。また受光素子においては、光機能層は、半導体の吸収層で構成される。半導体光素子は、光機能層に電圧を印可するために、一般的に金属で構成された電極を備えている。電極の一部は半導体層と電気的・物理的に接続されている。また金属が配置されていない半導体層の表面には、保護のために絶縁膜が配置されている半導体光素子が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２１－１１８３４５公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
半導体光素子の駆動時において、光機能層および他の半導体層、電極などは発熱をする。発生した熱は、半導体光素子の特性を低下させる一因となる。例えば、連続光を出力するＣＷレーザ（Continuous Waveレーザ）の主要特性として光出力特性がある。光出力は大きいほうが好ましいが、同じ駆動電流下においては、半導体光素子が低温のほうが光出力は大きくなる。外部温度が同一の環境下において、半導体光素子からの発熱がより多く外部に放出されることで、実効的な半導体光素子の温度は下がり、光出力は向上する。ＣＷレーザに限らず、他の半導体光素子においても半導体光素子で発生した熱をより多く外部に放出することは重要である。
【0005】
上述の通り、半導体光素子は金属電極と絶縁膜（保護膜）を備えている。電極は金属であるため、熱伝導率が高く放熱性に優れている。一方、絶縁膜は酸化膜やシリコン窒化膜などが使われることが多い。これらの材料は半導体や金属と比較して、熱伝導率が低く、発生した熱を外部に放出する際の妨げとなる。
【0006】
また電極と半導体層との接続領域は、狭い領域に限定している場合がある。例えばストライプ構造を備えた半導体光素子において、電極と半導体層との接点はストライプの上面のみに限定されている。しかし、放熱性の観点から電極はストライプの幅より広い領域まで及んでいる。この時、ストライプ上以外の電極と半導体層との間を絶縁するために、上述した絶縁膜が配置されている。本構造は、特許文献１に開示されている。
【0007】
従って、半導体層の表面はごく一部の領域を除いて絶縁膜が広く配置されており、その上に電極が配置されている構造となっている。そのため、半導体層で発生した熱が外部に放出される経路には広い絶縁膜が配置されていることになる。その結果、放熱量が制限されており、半導体光素子の特性を劣化させる要因となっている。
【0008】
本発明は上記の課題に対して放熱性に優れた半導体光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明に係る半導体光素子は、基板と、前記基板の上に形成され、光機能層を含む半導体多層と、前記半導体多層の上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜の上の一部に形成された電極と、を備え、前記絶縁膜は、前記半導体多層と前記電極とが電気的に接続される領域を除いて前記半導体多層を覆い、前記電極と重畳する領域の少なくとも一部が前記電極と重畳しない領域よりも薄い、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
本発明により、放熱性に優れた半導体光素子を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下に、図面に基づき、本発明の実施形態を具体的かつ詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、以下に示す図は、あくまで、実施形態の実施例を説明するものであって、図の大きさと本実施例記載の縮尺は必ずしも一致するものではない。
【0013】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態にかかる半導体光素子１の上面図である。図２は図１のＡ-Ａ’線に沿う概略断面図を表す。ここでは半導体光素子１は端面出射型のＣＷレーザを示す。半導体光素子１はストライプ構造３を備えている。半導体光素子１の表面には表面電極２０が配置されている。表面電極２０は、絶縁膜２６の上の一部に形成された電極であって、例えばＡｕを含む金属膜である。金属膜は複数の材料で構成されていても構わない。また、半導体光素子１の上面において、表面電極２０以外の領域には、絶縁膜２６が配置されている。絶縁膜２６は、図２に示す通り表面電極２０の下にも配置されている。絶縁膜２６は、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、酸化アルミニウム膜である。なお、絶縁膜２６の詳細は後述する。図１の左側の端面には、低反射端面コーティング膜１１が、右側の端面には高反射端面コーティング膜１２が配置されている。なおコーティング膜は一例に過ぎず、両端面ともに低反射端面コーティング膜としても構わない。
図１は、第１の実施形態にかかる半導体光素子１の上面図である。図２は図１のＡ-Ａ’線に沿う概略断面図を表す。ここでは半導体光素子１は端面出射型のＣＷレーザを示す。半導体光素子１はストライプ構造３を備えている。半導体光素子１の表面には表面電極２０が配置されている。表面電極２０は、絶縁膜２６の上の一部に形成された電極であって、例えばＡｕを含む金属膜である。金属膜は複数の材料で構成されていても構わない。また、半導体光素子１の上面において、表面電極２０以外の領域には、絶縁膜２６が配置されている。絶縁膜２６は、図２に示す通り表面電極２０の下にも配置されている。絶縁膜２６は、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、酸化アルミニウム膜である。なお、絶縁膜２６の詳細は後述する。図１の左側の端面には、低反射端面コーティング膜１１が、右側の端面には高反射端面コーティング膜１２が配置されている。なおコーティング膜は一例に過ぎず、両端面ともに低反射端面コーティング膜としても構わない。
【0014】
図２に示すように、半導体光素子１は、第１導電型の基板２１の上にストライプ構造３が形成されている。ストライプ構造３の両側には埋め込み層３０が配置されている。埋め込み層３０は半絶縁性の半導体層や、複数のｐ型とｎ型の半導体層を組み合わせた半導体層である。埋め込み層３０の上面には、絶縁膜２６が配置されている。ストライプ構造３は基板２１の一部の上に、複数の半導体層を含んで構成されている。複数の半導体層は、下から、第１導電型の光閉じ込め層２２、多重量子井戸層で構成される活性層２３（光機能層）、第２導電型の光閉じ込め層２４、第２導電型のクラッド層２５、コンタクト層３５、を含んで構成される。そして第２導電型のクラッド層２５の途中に、回折格子層３３が備わっている。なおストライプ構造３が基板２１の一部を含んでいても含んでいなくても構わない。以下、第１導電型の光閉じ込め層２２からコンタクト層３５までを半導体多層と呼称する。また、本実施形態では、半導体多層はストライプ構造３とストライプ構造３の両側に形成された埋め込み層３０を含む。基板２１の裏側には裏面電極３１が配置されている。本実施形態においては、半導体多層は１．３μｍに対応したＣＷレーザである。ただし、これに限定されず半導体多層が出力するレーザ光の波長帯は他の波長帯であっても構わない。また基板２１を絶縁基板としても構わない。この場合は、絶縁基板である基板２１とストライプ構造３との間に第１導電型の半導体層を配置する必要がある。
【0015】
本開示の特徴は、絶縁膜２６が、半導体多層と表面電極２０とが電気的に接続される領域を除いて半導体多層を覆い、表面電極２０と重畳する領域の少なくとも一部が表面電極２０と重畳しない領域よりも薄いことである。本実施形態では、図２に示すように表面電極２０と埋め込み層３０とが重畳している領域と重畳していない領域では、絶縁膜２６の厚さが異なっている。絶縁膜２６は、表面電極２０と重畳している領域の方が、重畳していない領域より薄くなっている。
【0016】
半導体光素子１は、表面電極２０と裏面電極３１との間に電圧を印可（電流を注入）することで、活性層２３が発光する。活性層２３は発光と合わせて発熱もする。また他の半導体層も電流が流れるために発熱する。半導体多層で発生した熱は、基板２１、埋め込み層３０を介して外部に放出される。本実施形態の半導体光素子１では、ストライプ構造３が基板２１の極表面側に形成されている。例えば、表面電極２０から活性層２３までの距離は、数μｍであるのに対し、活性層２３から裏面電極３１までの距離は数十μｍ～１００μｍと厚い。そのため発生した熱は、裏面電極３１側より表面電極２０側で外部環境に多く放出される。また活性層２３に近いほど発熱量が大きい。そのため、発熱した熱の多くは、表面電極２０側から放出される。熱の一部はストライプ構造３の中を通って、直接表面電極２０から放出される。しかし、放熱経路はそれ以外にも埋め込み層３０を介して表面電極２０に至る経路がある。
【0017】
表面電極２０と埋め込み層３０との間には、絶縁膜２６が配置されている。絶縁膜２６は、上述したように熱伝導率が半導体多層と比較して小さいシリコン酸化膜やシリコン窒化膜、酸化アルミニウムなどである。そのため、表面電極２０と埋め込み層３０との間に配置された絶縁膜２６は、放熱を妨げる。しかし本実施形態においては、表面電極２０と重畳する領域の絶縁膜２６を薄く形成している。当該領域の絶縁膜２６は、例えば１００ｎｍ以下である。そのため、放熱性を大きく低下させることなく外部に放熱させることが可能となる。
【0018】
一方、表面電極２０と重畳していない領域の絶縁膜２６は数百ｎｍとしている。仮に、表面電極２０と重畳しない領域の絶縁膜２６の厚さを、表面電極２０と重畳する領域の厚さと同じとした場合、表面電極２０と重畳していない領域における絶縁膜２６の保護膜としての機能が十分に得られなくなる恐れがあり、半導体光素子１の信頼性に影響を及ぼす恐れがある。また、表面電極２０が配置されている領域は、表面電極２０が保護膜として機能するため、絶縁膜２６を薄くしても信頼性への影響は実質的にない。
【0019】
本構成とすることで、信頼性を確保しつつ、放熱性に優れることにより光特性に優れた半導体光素子を提供することができる。
【0020】
[変形例１]
図３は、半導体光素子１の変形例にかかるＡ-Ａ’線に沿う概略断面図である。上記との違いは、絶縁膜２６の形状である。本変形例では、表面電極２０の端部付近の絶縁膜２６の厚さが、ストライプ構造３の近くの厚さと比較して厚くなっている。すなわち、絶縁膜２６の厚い領域の一部は、表面電極２０の端部の一部と重畳している。本構造は製造性の観点で優れている。半導体光素子１の製造手順は、埋め込み層３０や半導体多層を形成し、絶縁膜２６を配置した後に、表面電極２０を絶縁膜２６の上に配置する。上記では、表面電極２０の端部と絶縁膜２６の厚さが変わる境界が一致しているが、製造ばらつきにより一致しないことがありうる。その際に、例えば絶縁膜２６の薄い領域に表面電極２０が重畳しない場合がある。上述したように、絶縁膜２６が薄い場合は信頼性が低下する懸念がある。製造ばらつきにより、絶縁膜２６の薄い領域が表面電極２０で覆われない構造となることを避けるために、本変形例では意図的に表面電極２０の端部付近の絶縁膜２６の厚さを、表面電極２０と重畳していない領域と同じ厚さにしている。本構成にすることで、絶縁膜２６の薄い領域が表面電極２０と重畳しない可能性を低減することが可能となる。なお、放熱性の観点では第１の実施形態に劣るものの、厚さが変わる境界がストライプ構造３から離れた領域であるため、影響は小さい。絶縁膜２６の厚さが変わる境界の位置は、製造ばらつきを加味して決定しても良い。具体的には、薄い絶縁膜２６と表面電極２０とが重畳する領域が、表面電極２０の面積の少なくとも５０％以上となるようにすることが好ましい。また、薄い絶縁膜２６と表面電極２０が重畳する領域のＡ－Ａ‘断面における長さは、ストライプ構造３から片側で１０μｍ以上は確保することが好ましい。表面電極２０と厚い絶縁膜２６が重畳する領域のＡ－Ａ‘断面における長さは例えば３μｍでよい。
［第２の実施形態］
図３は、半導体光素子１の変形例にかかるＡ-Ａ’線に沿う概略断面図である。上記との違いは、絶縁膜２６の形状である。本変形例では、表面電極２０の端部付近の絶縁膜２６の厚さが、ストライプ構造３の近くの厚さと比較して厚くなっている。すなわち、絶縁膜２６の厚い領域の一部は、表面電極２０の端部の一部と重畳している。本構造は製造性の観点で優れている。半導体光素子１の製造手順は、埋め込み層３０や半導体多層を形成し、絶縁膜２６を配置した後に、表面電極２０を絶縁膜２６の上に配置する。上記では、表面電極２０の端部と絶縁膜２６の厚さが変わる境界が一致しているが、製造ばらつきにより一致しないことがありうる。その際に、例えば絶縁膜２６の薄い領域に表面電極２０が重畳しない場合がある。上述したように、絶縁膜２６が薄い場合は信頼性が低下する懸念がある。製造ばらつきにより、絶縁膜２６の薄い領域が表面電極２０で覆われない構造となることを避けるために、本変形例では意図的に表面電極２０の端部付近の絶縁膜２６の厚さを、表面電極２０と重畳していない領域と同じ厚さにしている。本構成にすることで、絶縁膜２６の薄い領域が表面電極２０と重畳しない可能性を低減することが可能となる。なお、放熱性の観点では第１の実施形態に劣るものの、厚さが変わる境界がストライプ構造３から離れた領域であるため、影響は小さい。絶縁膜２６の厚さが変わる境界の位置は、製造ばらつきを加味して決定しても良い。具体的には、薄い絶縁膜２６と表面電極２０とが重畳する領域が、表面電極２０の面積の少なくとも５０％以上となるようにすることが好ましい。また、薄い絶縁膜２６と表面電極２０が重畳する領域のＡ－Ａ‘断面における長さは、ストライプ構造３から片側で１０μｍ以上は確保することが好ましい。表面電極２０と厚い絶縁膜２６が重畳する領域のＡ－Ａ‘断面における長さは例えば３μｍでよい。
［第２の実施形態］
【0021】
図４は、第２の実施形態にかかる半導体光素子２０１の図１のＡ-Ａ’線に沿う概略断面図である。第１の実施形態との違いは、第１の実施形態における絶縁膜が単一の材料で一体的に形成されているのに対して、第２の実施形態では、絶縁膜２６の薄い領域に形成された第１絶縁層と、厚い領域に第１絶縁層とは異なる材料で形成された第２絶縁層と、を含む点である。図４に示すように、第２の実施形態にかかる半導体光素子２０１は、表面電極２０と重畳する第１絶縁層２７と表面電極２０と重畳しない領域に配置された第２絶縁層２８を含む。ここで第１絶縁層２７と第２絶縁層２８は異なる材料である。例えば、第１絶縁層２７はシリコン窒化膜であり、第２絶縁層２８はシリコン酸化膜である。なお、これは逆であっても構わないしどちらか一方を酸化アルミニウムとしても構わない。
【0022】
第１の実施形態では、一つの材料の絶縁膜２６において、厚さが異なる二つの領域を形成する必要がある。厚さが異なる二つの領域を形成する製造方法はいくつかあるが、例えば厚く形成した絶縁膜２６を表面電極２０と重畳する領域だけをエッチングで薄くする方法がある。この製造方法の場合、エッチングする量はエッチング時間に依存するため、安定した膜厚制御ができない懸念がある。一方、第２の実施形態においては、絶縁膜２６の表面電極２０と重畳する領域と重畳しない領域は異なる材料である。そのため、第１絶縁層２７と第２絶縁層２８はそれぞれ個別に形成できるため、それぞれ所望の厚さとなるように形成することが可能となる。そのため、安定した膜厚制御が可能となる。第２の実施形態においても、第１の実施形態で説明した効果が得られることは言うまでもない。特に、シリコン窒化膜はシリコン酸化膜より熱伝導性に優れているため、第１絶縁層２７をシリコン窒化膜、第２絶縁層２８をシリコン酸化膜とすることで、より放熱性に優れた半導体光素子を提供することが可能となる。同様に、酸化アルミニウムはシリコン酸化膜より熱伝導性に優れるため、第１絶縁層２７を酸化アルミニウムとしてもよい。
【0023】
[変形例１]
図５は、半導体光素子２０１の変形例にかかるＡ-Ａ’線に沿う概略断面図である。上記との違いは、第２絶縁層２８の一部が表面電極２０の端部と重畳している点である。図３で説明した通り、表面電極２０と重畳しない薄い第１絶縁層２７が露出することは信頼性の観点で好ましくない。本変形例によれば製造性に優れた半導体光素子２０１を提供することができる。
図５は、半導体光素子２０１の変形例にかかるＡ-Ａ’線に沿う概略断面図である。上記との違いは、第２絶縁層２８の一部が表面電極２０の端部と重畳している点である。図３で説明した通り、表面電極２０と重畳しない薄い第１絶縁層２７が露出することは信頼性の観点で好ましくない。本変形例によれば製造性に優れた半導体光素子２０１を提供することができる。
【0024】
［第３の実施形態］
図６は、第３の実施形態にかかる半導体光素子３０１の図１のＡ-Ａ’線に沿う概略断面図である。第２の実施形態との違いは、第１絶縁層２７が表面電極２０と重畳しない領域まで配置されている点である。図６に示すように、表面電極２０と重畳しない領域に配置されている第１絶縁層２７は、第２絶縁層２８の下に配置されている。第２絶縁層２８は、表面電極２０と重畳しない領域に配置されている。第２の実施形態において、第１絶縁層２７と第２絶縁層２８との境界の位置は製造ばらつきの影響を受ける。図５に示す構造の製造手順としては、例えば第１絶縁層２７を所望の領域に形成後、第１絶縁層２７が形成された領域をマスクする。そして、マスクされていない領域に第２絶縁層２８を形成する。しかしマスクの位置合わせ精度の関係で、マスクされる領域の境界と第１絶縁層２７の端部の位置がずれる場合がある。ずれた場合は、第２絶縁層２８が形成されず半導体層（この場合、埋め込み層３０）が露出したままとなる恐れがある。しかし、本構造においては半導体光素子３０１の表面は第１絶縁層２７で覆われているために、第２絶縁層２８の形成位置がずれたとしても半導体層が露出することはない。そのため信頼性に優れた半導体光素子を提供することができる。また第１絶縁層２７と第２絶縁層２８を連続して成膜したのちに、第２絶縁層２８のみを除去する方法として、ウェットエッチングのレートの差を利用することができる。第２絶縁層２８に対してのみエッチレートが速いエッチャントを用いれば、表面電極２０の部分を開口したマスクにより、表面電極２０の下部の第２絶縁層２８のみを除去することが可能である。つまり、第２絶縁層２８と表面電極２０の形状を決定するマスクは同じものが利用可能であり、製造性に優れる。
図６は、第３の実施形態にかかる半導体光素子３０１の図１のＡ-Ａ’線に沿う概略断面図である。第２の実施形態との違いは、第１絶縁層２７が表面電極２０と重畳しない領域まで配置されている点である。図６に示すように、表面電極２０と重畳しない領域に配置されている第１絶縁層２７は、第２絶縁層２８の下に配置されている。第２絶縁層２８は、表面電極２０と重畳しない領域に配置されている。第２の実施形態において、第１絶縁層２７と第２絶縁層２８との境界の位置は製造ばらつきの影響を受ける。図５に示す構造の製造手順としては、例えば第１絶縁層２７を所望の領域に形成後、第１絶縁層２７が形成された領域をマスクする。そして、マスクされていない領域に第２絶縁層２８を形成する。しかしマスクの位置合わせ精度の関係で、マスクされる領域の境界と第１絶縁層２７の端部の位置がずれる場合がある。ずれた場合は、第２絶縁層２８が形成されず半導体層（この場合、埋め込み層３０）が露出したままとなる恐れがある。しかし、本構造においては半導体光素子３０１の表面は第１絶縁層２７で覆われているために、第２絶縁層２８の形成位置がずれたとしても半導体層が露出することはない。そのため信頼性に優れた半導体光素子を提供することができる。また第１絶縁層２７と第２絶縁層２８を連続して成膜したのちに、第２絶縁層２８のみを除去する方法として、ウェットエッチングのレートの差を利用することができる。第２絶縁層２８に対してのみエッチレートが速いエッチャントを用いれば、表面電極２０の部分を開口したマスクにより、表面電極２０の下部の第２絶縁層２８のみを除去することが可能である。つまり、第２絶縁層２８と表面電極２０の形状を決定するマスクは同じものが利用可能であり、製造性に優れる。
【0025】
[変形例１]
図７は、第３の実施形態の半導体光素子３０１の変形例にかかるＡ-Ａ’線に沿う概略断面図である。上記との違いは、第２絶縁層２８の一部が表面電極２０の端部と重畳している点である。上記構造においても、製造ばらつきにより薄い第１絶縁層２７が、表面電極２０及び第２絶縁層２８のいずれとも重畳しない領域が発生しうる懸念がある。本変形例は、上述した効果と同様に、表面電極２０で覆われない領域は厚い第２絶縁層２８が配置されることとなり、信頼性に優れた半導体光素子を提供することができる。
図７は、第３の実施形態の半導体光素子３０１の変形例にかかるＡ-Ａ’線に沿う概略断面図である。上記との違いは、第２絶縁層２８の一部が表面電極２０の端部と重畳している点である。上記構造においても、製造ばらつきにより薄い第１絶縁層２７が、表面電極２０及び第２絶縁層２８のいずれとも重畳しない領域が発生しうる懸念がある。本変形例は、上述した効果と同様に、表面電極２０で覆われない領域は厚い第２絶縁層２８が配置されることとなり、信頼性に優れた半導体光素子を提供することができる。
【0026】
［第４の実施形態］
図８は、第４の実施形態にかかる半導体光素子４０１の図１のＡ-Ａ’線に沿う概略断面図である。第３の実施形態との違いは、絶縁膜２６が表面電極２０と重畳しない領域において、第２絶縁層２８の上に第１絶縁層２７が形成されている点である。具体的には、図８に示すように、表面電極２０と重畳しない領域に配置されている第１絶縁層２７は、第２絶縁層２８の上に配置されている。本構造によれば、第３の実施形態同様に半導体層（本実施形態では埋め込み層３０）が絶縁膜２６で覆われない領域が形成されることを防止することができる。
図８は、第４の実施形態にかかる半導体光素子４０１の図１のＡ-Ａ’線に沿う概略断面図である。第３の実施形態との違いは、絶縁膜２６が表面電極２０と重畳しない領域において、第２絶縁層２８の上に第１絶縁層２７が形成されている点である。具体的には、図８に示すように、表面電極２０と重畳しない領域に配置されている第１絶縁層２７は、第２絶縁層２８の上に配置されている。本構造によれば、第３の実施形態同様に半導体層（本実施形態では埋め込み層３０）が絶縁膜２６で覆われない領域が形成されることを防止することができる。
【0027】
[変形例１]
図９は、第４の実施形態における半導体光素子４０１の変形例１にかかるＡ-Ａ’線に沿う概略断面図である。図８との違いは、第２絶縁層２８の一部が表面電極２０の端部と重畳している点である。第４の実施形態の構造においても、製造ばらつきにより薄い第１絶縁層２７が表面電極２０及び第２絶縁層２８のいずれとも重畳しない領域が発生する懸念がある。本変形例は、上述した効果と同様に、薄い第１絶縁層２７が表面電極２０で覆われない領域には、厚い第２絶縁層２８が配置されることとなり、信頼性に優れた半導体光素子を提供することができる。
図９は、第４の実施形態における半導体光素子４０１の変形例１にかかるＡ-Ａ’線に沿う概略断面図である。図８との違いは、第２絶縁層２８の一部が表面電極２０の端部と重畳している点である。第４の実施形態の構造においても、製造ばらつきにより薄い第１絶縁層２７が表面電極２０及び第２絶縁層２８のいずれとも重畳しない領域が発生する懸念がある。本変形例は、上述した効果と同様に、薄い第１絶縁層２７が表面電極２０で覆われない領域には、厚い第２絶縁層２８が配置されることとなり、信頼性に優れた半導体光素子を提供することができる。
【0028】
[変形例２]
図１０は、第４の実施形態における半導体光素子４０１の変形例２にかかるＡ-Ａ’線に沿う概略断面図である。図９との違いは、絶縁層２６と表面電極２０とが重畳していない領域には第２絶縁層２８のみが形成されている点である。つまり、表面電極２０の下方は、端部付近を除いて、第１絶縁層２７のみが形成されている。一方、表面電極２０の端部において、第１絶縁層２７と第２絶縁層２８の両方が形成されており、第１絶縁層２０７が前記第２絶縁層の上に配置されている。そして、表面電極２０と重畳していない領域は、第２絶縁層２８のみが形成されている。本構成のメリットは二つある。一つは応力の観点で有利となる。絶縁膜２６は半導体層に対して応力要因となりうる。一般的に応力は膜が厚いほうが大きい。本変形例２では表面電極２０と重畳していない領域の絶縁膜２６の厚さは、図６～９と比較して薄い。そのため、確実に半導体層の表面が絶縁膜２６で覆われる構造を提供するというメリットを残しつつ、応力の発生を極力抑えることが可能となる。
図１０は、第４の実施形態における半導体光素子４０１の変形例２にかかるＡ-Ａ’線に沿う概略断面図である。図９との違いは、絶縁層２６と表面電極２０とが重畳していない領域には第２絶縁層２８のみが形成されている点である。つまり、表面電極２０の下方は、端部付近を除いて、第１絶縁層２７のみが形成されている。一方、表面電極２０の端部において、第１絶縁層２７と第２絶縁層２８の両方が形成されており、第１絶縁層２０７が前記第２絶縁層の上に配置されている。そして、表面電極２０と重畳していない領域は、第２絶縁層２８のみが形成されている。本構成のメリットは二つある。一つは応力の観点で有利となる。絶縁膜２６は半導体層に対して応力要因となりうる。一般的に応力は膜が厚いほうが大きい。本変形例２では表面電極２０と重畳していない領域の絶縁膜２６の厚さは、図６～９と比較して薄い。そのため、確実に半導体層の表面が絶縁膜２６で覆われる構造を提供するというメリットを残しつつ、応力の発生を極力抑えることが可能となる。
【0029】
二つ目のメリットは、表面電極２０の形状形成の安定化である。表面電極２０の製造方法の一つとして、全体に電極を形成し、その後所望の形状となるように余計な領域を除去する方法がある。本変形例の製造手順は以下となる。まず半導体層まで（すなわち埋め込み層３０及びコンタクト層３５までの各層）を形成する。次に第２絶縁層２８を所望の領域に形成する。次に、全面に第１絶縁層２７を形成する。この時点では、後の表面電極２６と重畳しない領域においても、第１絶縁層２７は第２絶縁層２８の上に形成されている（図９の表面電極２０がない状態と同じ）。次に、第１絶縁層２７の表面全体に電極を形成する。電極形成の方法は例えば蒸着法である。次に、最終的に表面電極２０となる領域にマスクをし、マスクされていない領域の電極を除去する。電極の除去はミリング法などが使われる。この時、電極だけを除去し第１絶縁層２７を残すように除去することも可能であるが、ウエハ面内のばらつきにおいて、十分に電極を除去し切れない領域が発生する恐れがある。その結果、ウエハ全体で見た時に表面電極２０の形状が安定しないおそれがある。そこで、電極除去と同時に、第１絶縁層２７も除去する程度まで多めに除去することで確実に電極が残る可能性を排除することが可能となる。この時、第２絶縁層２８の一部も除去されることもあるが、第２絶縁層２８も最終的に保護膜として機能する厚さが残るように厚めに形成しておけば問題とはならない。そして第２絶縁層２８はストライプ構造３から離れた領域であるため、少々厚くても放熱性への影響は小さい。従って本変形例の構造によれば、以下の利点が得られる。まず、表面電極２０と重畳する領域の絶縁膜２６の大部分が薄い第１絶縁層２７のみを含む構成とすることで放熱性を向上させ、半導体光素子４０１の特性を向上させることができる。さらに、表面電極２０と重畳していない領域の絶縁膜２６は第１絶縁層２７より厚い第２絶縁層２８のみを含む構成とすることで、信頼性を向上できる。また、第２絶縁層２８の端部において、第１絶縁層２７と第２絶縁層２８が重畳しているため、製造ばらつきの影響で半導体層（ここでは埋め込み層３０）が絶縁膜２６に覆われない領域が形成されることを防止することができる。さらに、表面電極２０の形状形成の安定化を図ることが可能となる。
【0030】
［第５の実施形態］
図１１は、第５の実施形態にかかる半導体光素子５０１の図１のＡ-Ａ’線に沿う概略断面図である。本実施形態の特徴は、第１絶縁層２７は、ストライプ構造３の側面に配置されている点である。半導体光素子５０１は、リッジ型の半導体光素子である。メサストライプ構造３は回折格子層３３を含む第２導電型のクラッド層２５とコンタクト層３５で形成されている。また同様の半導体多層がストライプ構造３の両側に配置されている。第１導電型の光閉じ込め層２２、活性層２３、そして第２導電型の光閉じ込め層２４は基板２１の上に広く配置されている。他の実施形態と同様にストライプ構造３の近傍においては、表面電極２０に重畳する絶縁膜２６は、第１絶縁層２７のみを含む。またストライプ構造３の側面も第１絶縁層２７で覆われている。表面電極２０と重畳しない領域は、絶縁膜２６は第２絶縁層２８のみを含む。表面電極２０の端部近傍においては、絶縁膜２６は第１絶縁層２７と第２絶縁層２８を含む。ストライプ構造３に近い領域において、絶縁膜２６は薄い第１絶縁層２７のみを含んでおり放熱性に優れた半導体光素子５０１を提供することができる。また、表面電極２０の端部および表面電極２０で覆われていない領域の絶縁膜２６の構成は、上述した他の実施例および変形例の構造を適用しても構わない。
図１１は、第５の実施形態にかかる半導体光素子５０１の図１のＡ-Ａ’線に沿う概略断面図である。本実施形態の特徴は、第１絶縁層２７は、ストライプ構造３の側面に配置されている点である。半導体光素子５０１は、リッジ型の半導体光素子である。メサストライプ構造３は回折格子層３３を含む第２導電型のクラッド層２５とコンタクト層３５で形成されている。また同様の半導体多層がストライプ構造３の両側に配置されている。第１導電型の光閉じ込め層２２、活性層２３、そして第２導電型の光閉じ込め層２４は基板２１の上に広く配置されている。他の実施形態と同様にストライプ構造３の近傍においては、表面電極２０に重畳する絶縁膜２６は、第１絶縁層２７のみを含む。またストライプ構造３の側面も第１絶縁層２７で覆われている。表面電極２０と重畳しない領域は、絶縁膜２６は第２絶縁層２８のみを含む。表面電極２０の端部近傍においては、絶縁膜２６は第１絶縁層２７と第２絶縁層２８を含む。ストライプ構造３に近い領域において、絶縁膜２６は薄い第１絶縁層２７のみを含んでおり放熱性に優れた半導体光素子５０１を提供することができる。また、表面電極２０の端部および表面電極２０で覆われていない領域の絶縁膜２６の構成は、上述した他の実施例および変形例の構造を適用しても構わない。
【0031】
[変形例１]
図１２は、第５の実施形態の半導体光素子５０１の変形例にかかるＡ-Ａ’線に沿う概略断面図である。図１１との違いは、ストライプ構造３の側面の一部にも第２絶縁層２８が配置されている点である。本変形例の特徴は、ストライプ構造３の側面の下方において、ストライプ構造３の側面と第１絶縁層２７との間に第２絶縁層２８が配置されている点である。従来のリッジ型半導体光素子の場合、ストライプ構造３の側面を覆う絶縁膜２６は、表面電極２０と重畳する領域と重畳しない領域とで同じ厚さである。そのためストライプ構造３の側面の絶縁膜２６は、保護層として機能する程度の厚さがある。そのため、導波モードの損失を考慮したとき、絶縁膜２６への導波モードの染み出しが絶縁膜２６と表面電極２０の境界部分で十分に小さい。しかし第５の実施形態においては、放熱性を向上させるために絶縁膜２６を保護層より薄い層としている。そのため、導波モードの表面電極２０部分への染み出しが大きくなり、導波モードの損失が増加する恐れがある。そこで本変形例では、光の中心となる活性層２３側の方だけストライプ構造３を覆う絶縁膜２６を厚くしている。具体的には、ストライプ構造３の側面は、下部が第１絶縁層２７と第２絶縁層２８の両方で覆われ、上部は第１絶縁層２７のみで覆われる構造となっている。第２絶縁層２８は保護層として機能する厚さとしているために、導波モードの表面電極２０部分への染み出しを抑制することができる。放熱性の観点では図１１の方が優れるが、光学特性も加味すると本変形例のほうが優れる場合がある。どちらを選択するかは、使用温度や必要な特性に応じて選択すればよい。なおストライプ構造３の側面において、第２絶縁層２８が覆う幅は必要な特性に応じて決定すればよいが、例えばストライプ構造３の高さの半分以上を覆うことで導波モードの損失を低減することができる。またストライプ構造３の側面全体を第２絶縁層２８で覆っても構わない。この構造であっても、ストライプ構造３から少し離れた領域は第１絶縁層２７のみで覆われているために、放熱性の向上効果は得られる。
図１２は、第５の実施形態の半導体光素子５０１の変形例にかかるＡ-Ａ’線に沿う概略断面図である。図１１との違いは、ストライプ構造３の側面の一部にも第２絶縁層２８が配置されている点である。本変形例の特徴は、ストライプ構造３の側面の下方において、ストライプ構造３の側面と第１絶縁層２７との間に第２絶縁層２８が配置されている点である。従来のリッジ型半導体光素子の場合、ストライプ構造３の側面を覆う絶縁膜２６は、表面電極２０と重畳する領域と重畳しない領域とで同じ厚さである。そのためストライプ構造３の側面の絶縁膜２６は、保護層として機能する程度の厚さがある。そのため、導波モードの損失を考慮したとき、絶縁膜２６への導波モードの染み出しが絶縁膜２６と表面電極２０の境界部分で十分に小さい。しかし第５の実施形態においては、放熱性を向上させるために絶縁膜２６を保護層より薄い層としている。そのため、導波モードの表面電極２０部分への染み出しが大きくなり、導波モードの損失が増加する恐れがある。そこで本変形例では、光の中心となる活性層２３側の方だけストライプ構造３を覆う絶縁膜２６を厚くしている。具体的には、ストライプ構造３の側面は、下部が第１絶縁層２７と第２絶縁層２８の両方で覆われ、上部は第１絶縁層２７のみで覆われる構造となっている。第２絶縁層２８は保護層として機能する厚さとしているために、導波モードの表面電極２０部分への染み出しを抑制することができる。放熱性の観点では図１１の方が優れるが、光学特性も加味すると本変形例のほうが優れる場合がある。どちらを選択するかは、使用温度や必要な特性に応じて選択すればよい。なおストライプ構造３の側面において、第２絶縁層２８が覆う幅は必要な特性に応じて決定すればよいが、例えばストライプ構造３の高さの半分以上を覆うことで導波モードの損失を低減することができる。またストライプ構造３の側面全体を第２絶縁層２８で覆っても構わない。この構造であっても、ストライプ構造３から少し離れた領域は第１絶縁層２７のみで覆われているために、放熱性の向上効果は得られる。
【0032】
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、半導体光素子は上記例に限定されず、電界吸収型変調器、ＭＺ変調器、増幅器、受光素子であっても構わない。これらの半導体光素子の場合、光機能層は吸収層として機能する。
【符号の説明】
【0033】
１ 半導体光素子、３ ストライプ構造、１１ 低反射端面コーティング膜、１２ 高反射端面コーティング膜、２０ 表面電極、２１ 基板、２２ 第１導電型の光閉じ込め層、２３ 活性層、２４ 第２導電型の光閉じ込め層、２５ 第２導電型のクラッド層、２６ 絶縁膜、２７ 第１絶縁層、２８ 第２絶縁層、３０ 埋め込み層、３１ 裏面電極、３３ 回折格子層、３５ コンタクト層、２０１ 半導体光素子、３０１ 半導体光素子、４０１ 半導体光素子、５０１ 半導体光素子。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】