特開 2023-86642 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】P2023086642

(43)【公開日】2023-06-22

(54)【発明の名称】半導体光素子

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/042 20060101AFI20230615BHJP

   G02F 1/025 20060101ALI20230615BHJP

【ＦＩ】

H01S5/042 612

G02F1/025

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022013154

(22)【出願日】2022-01-31

(31)【優先権主張番号】P 2021200995

(32)【優先日】2021-12-10

(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】恩河 大

(72)【発明者】

【氏名】中島 崇之

【テーマコード（参考）】

2K102

5F173

【Ｆターム（参考）】

2K102AA20

2K102BA02

2K102BA11

2K102BB01

2K102BC04

2K102CA00

2K102DA05

2K102DA08

2K102DA11

2K102DD03

2K102EA02

2K102EA12

2K102EA16

5F173AA08

5F173AB13

5F173AH03

5F173AH12

5F173AK08

5F173AK21

5F173AP71

5F173AR74

(57)【要約】

【課題】半導体多層に生じる応力の分散を目的とする。
【解決手段】
最上層２４は、Ａｕからなる。最下層２６は、半導体多層１６との密着性がＡｕよりも高い材料から構成される。多段構造は、光導波路１８にそれぞれ重なって光導波路１８が延びる方向に隣り合って厚さが異なる３つ以上のセクションＳからなる。３つ以上のセクションＳの隣り合う一対は、半導体多層１６の端面に近くて厚さが小さい一方と、半導体多層１６の端面から離れて厚さが大きい他方からなる。３つ以上のセクションＳは、少なくとも最下層２６から構成されて厚さが最小の第１セクションＳ１と、少なくとも最下層２６に加えてヤング率においてＡｕ以下の材料からなる応力緩和層３０から構成されて第１セクションＳ１に隣接する第２セクションＳ２と、最上層２４から最下層２６までの全層から構成されて厚さが最大の第３セクションＳ３と、を含む。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光導波路を含むように構成された半導体多層と、
前記半導体多層の上面に接触する、多層構造および多段構造の電極と、
を有し、
前記多層構造の最上層は、Ａｕから構成され、
前記多層構造の最下層は、前記半導体多層との密着性がＡｕよりも高い材料から構成され、
前記多段構造は、前記光導波路にそれぞれ重なって前記光導波路が延びる方向に隣り合って厚さが異なる３つ以上のセクションから構成され、
前記３つ以上のセクションの隣り合う一対は、前記半導体多層の端面に近くて厚さが小さい一方と、前記半導体多層の前記端面から離れて厚さが大きい他方からなり、
前記３つ以上のセクションは、
少なくとも前記最下層から構成されて前記厚さが最小の第１セクションと、
少なくとも前記最下層に加えてヤング率においてＡｕ以下の材料からなる応力緩和層から構成されて前記第１セクションに隣接する第２セクションと、
前記最上層から前記最下層までの全層から構成されて前記厚さが最大の第３セクションと、
を含む半導体光素子。

【請求項2】

請求項１に記載の半導体光素子であって、
前記第２セクションの前記応力緩和層は、前記最上層の一部である半導体光素子。

【請求項3】

請求項２に記載の半導体光素子であって、
前記第１セクションは、前記最上層の他の一部をさらに含む半導体光素子。

【請求項4】

請求項３に記載の半導体光素子であって、
前記第１セクションに含まれる前記最上層の前記他の一部は、前記厚さにおいて、前記第２セクションに含まれる前記最上層の前記一部の半分以下である半導体光素子。

【請求項5】

請求項１に記載の半導体光素子であって、
前記第２セクションの前記応力緩和層は、前記最上層とは別の層である半導体光素子。

【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、
前記第１セクションは、第１厚さを有し、
前記第２セクションが前記第１セクションを超える厚さは、第２厚さであり、
前記第３セクションが前記第２セクションを超える厚さは、第３厚さであり、
前記第１厚さおよび前記第２厚さの少なくとも一方は、前記第３厚さの半分以下である半導体光素子。

【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、
前記多層構造は、前記最上層および前記最下層の間で、前記３つ以上のセクションの全体にわたって、金属拡散を防止する材料からなるバリア層を含む半導体光素子。

【請求項8】

請求項７に記載の半導体光素子であって、
前記バリア層は、前記最下層に接触する層である半導体光素子。

【請求項9】

請求項７又は８に記載の半導体光素子であって、
前記多層構造は、前記第１セクションを除いて少なくとも前記第３セクションに、金属拡散を防止する材料からなる部分バリア層を含む半導体光素子。

【請求項10】

請求項９に記載の半導体光素子であって、
前記部分バリア層は、前記第２セクションにも含まれる半導体光素子。

【請求項11】

請求項７から１０のいずれか１項に記載の半導体光素子であって、
前記金属拡散を防止する前記材料は、Ｐｔ、Ｗ、Ｃｒ、ＰｄまたはＴａである半導体光素子。

【請求項12】

請求項１から１１のいずれか１項に記載の半導体光素子であって、
前記最下層は、ＴｉまたはＭｏからなる半導体光素子。

【請求項13】

請求項１から１２のいずれか１項に記載の半導体光素子であって、
前記第２セクションの上表面を構成する層は、ＰｔまたはＴｉからなる半導体光素子。

【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であって、
前記第１セクションを構成する層の端面は、前記半導体多層の側面に一致する半導体光素子。

【請求項15】

請求項１から１３のいずれか１項に記載の半導体光素子であって、
前記第１セクションを構成する層の端面は、前記半導体多層の側面から離れている半導体光素子。

【請求項16】

請求項１から１５のいずれか１項に記載の半導体光素子であって、
前記半導体多層は、前記光導波路となるメサ構造を含む半導体光素子。

【請求項17】

請求項１から１６のいずれか１項に記載の半導体光素子であって、
前記半導体多層は、前記光導波路の少なくとも一部を構成する活性層または光吸収層を含む半導体光素子。

【請求項18】

請求項１７に記載の半導体光素子であって、
前記光導波路は、前記活性層または前記光吸収層よりもバンドギャップが大きい非吸収材料層を含み、
前記非吸収材料層は、前記活性層または前記光吸収層に、光導波方向に隣接し、
前記電極の、前記非吸収材料層の直上にある部分は、絶縁層を介して、前記半導体多層から絶縁されている半導体光素子。

【請求項19】

請求項１６に記載の半導体光素子であって、
前記電極は、前記メサ構造の上面で、前記多段構造となっている、半導体光素子。

【請求項20】

請求項１６に記載の半導体光素子であって、
前記電極は、前記メサ構造の側面で、前記多段構造となっている、半導体光素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、半導体光素子に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体光素子の電極には、複数の金属の積層構造が適用されている。例えば、半導体多層から近い順にＴｉ層、Ｐｔ層およびＡｕ層の３層構造の電極構造が知られている（特許文献１）。最下層は半導体多層と電極との間のオーミック接触を形成することを目的とし、最上層は外部との電気的・熱的な導通や、はんだ材料と電極との混合を目的とし、中間層ははんだ材料と半導体多層の混合防止を目的としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００３－２５８３７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

電極と半導体多層は熱膨張係数に差があるため、半導体多層に応力が生じ、信頼性の低下を引き起こすことがある。その対策として、特許文献１には、最上層（Ａｕ層）が後退した２段構造の電極が開示されている。２段構造であるため、素子端面では半導体多層の応力を低減することができる。しかし、最上層（Ａｕ層）が後退したことにより、素子端面よりも内側では応力が増加してしまう。

【0005】

本開示は、半導体多層に生じる応力の分散を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

半導体光素子は、光導波路を含むように構成された半導体多層と、前記半導体多層の上面に接触する、多層構造および多段構造の電極と、を有し、前記多層構造の最上層は、Ａｕから構成され、前記多層構造の最下層は、前記半導体多層との密着性がＡｕよりも高い材料から構成され、前記多段構造は、前記光導波路にそれぞれ重なって前記光導波路が延びる方向に隣り合って厚さが異なる３つ以上のセクションから構成され、前記３つ以上のセクションの隣り合う一対は、前記半導体多層の端面に近くて厚さが小さい一方と、前記半導体多層の前記端面から離れて厚さが大きい他方からなり、前記３つ以上のセクションは、少なくとも前記最下層から構成されて前記厚さが最小の第１セクションと、少なくとも前記最下層に加えてヤング率においてＡｕ以下の材料からなる応力緩和層から構成されて前記第１セクションに隣接する第２セクションと、前記最上層から前記最下層までの全層から構成されて前記厚さが最大の第３セクションと、を含む。

【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】電極の多段構造の拡大図である。

【図4】比較例１に係る電極の断面図である。

【図5】比較例２に係る電極の断面図である。

【図6】比較例３に係る電極の断面図である。

【図7】変形例１に係る電極の断面図である。

【図8】変形例２に係る電極の断面図である。

【図9】変形例３に係る電極の断面図である。

【図10】変形例４に係る電極の断面図である。

【図11】第２の実施形態に係る半導体光素子の平面図である。

【図12】図１１に示す半導体光素子のXII－XII線断面図である。

【図13】図１１に示す半導体光素子のXIII－XIII線断面図である。

【図14】図１１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、光を導波、放出、吸収または増幅する機能を有し、例えば、バルク導波路、レーザ、光変調器または光増幅器である。図２には端面発光レーザの、光軸に沿った断面が示され、光軸に直交する両端面の少なくとも一方より光が出力される。

【0010】

［半導体多層］
半導体光素子は、下クラッド層１０、光機能層１２および上クラッド層１４が積層された半導体多層１６を有する。光機能層１２は、光導波路１８の少なくとも一部を構成する。光機能層１２は、例えば多重量子井戸層であり、レーザにおいては活性層（発光層）として機能する。あるいは、光機能層１２はバルクの半導体層であっても構わない。下クラッド層１０は、半導体基板であってもよく、半導体基板とは別の半導体層であっても構わない。コンタクト層や光閉じ込め層などの他の層が半導体多層１６に含まれてもよい。

【0011】

［電極］
半導体光素子は、電極２０と裏面電極２２を備えている。電極２０及び裏面電極２２は、金属蒸着により形成される。裏面電極２２を構成する金属は、例えばＡｕＧｅ、Ｎｉを含む。半導体多層１６の上面において、電極２０以外の箇所は半導体表面であってもよいし、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法や熱ＣＶＤ法で形成された絶縁体膜（例えば酸化シリコン）が形成されていてもよい。電極２０は、半導体多層１６の上面に接触している。

【0012】

［多層構造］
［最上層］
電極２０は、多層構造を有する。多層構造の最上層２４は、ワイヤボンディングをしたり、サブマントの搭載面と物理的にコンタクトしたりするために、他の層よりも厚くなっている（例えば６００ｎｍ）。最上層２４は、Ａｕから構成されている。ＡｕはＩｎＰ等の半導体よりも熱膨張係数が大きいので、半導体多層１６に生じる応力の原因となり得る。

【0013】

［最下層］
多層構造の最下層２６は、半導体多層１６との密着性がＡｕよりも高い材料（例えばＴｉ、Ｍｏ）から構成されており、これにより、オーミック接触が可能になる。最下層２６の厚さは例えば１００ｎｍである。

【0014】

［バリア層］
多層構造は、バリア層２８を含む。バリア層２８は、最上層２４および最下層２６の間で、電極２０の全体にわたって、金属拡散を防止する材料からなる。金属拡散を防止する材料は、例えばＰｔ、Ｗ、Ｃｒ、ＰｄまたはＴａである。バリア層２８は、最下層２６に接触する。バリア層２８の厚さは例えば１００ｎｍである。

【0015】

［多段構造］
電極２０は、多段構造を有する。多段構造は、３つ以上のセクションＳから構成されている。３つ以上のセクションＳは、光導波路１８に重なって、光導波路１８が延びる方向に隣り合って、厚さが異なっている。３つ以上のセクションＳの隣り合う一対の一方は、半導体多層１６の端面（素子端面）に近くて厚さが小さい。３つ以上のセクションＳの隣り合う一対の他方は、半導体多層１６の端面から離れて厚さが大きい。

【0016】

［第１セクション］
図３は、電極２０の多段構造の拡大図である。３つ以上のセクションＳは、第１セクションＳ１を含む。第１セクションＳ１は、少なくとも最下層２６から構成されている。ここでは第１セクションＳ１は最下層２６及びバリア層２８を含む。第１セクションＳ１を構成する層の端面は、半導体多層１６の側面（素子端面）に一致する。

【0017】

第１セクションＳ１は、第１厚さｔ１を有する。第１厚さｔ１は、３つ以上のセクションＳの厚さのなかで最小である。第１セクションＳ１は、それが起因となる応力の影響を抑えるため、第１厚さｔ１は最上層２４の厚さよりも小さい。第１厚さｔ１は、最上層２４の厚さの半分以下であることが好ましい。

【0018】

［第２セクション］
３つ以上のセクションＳは、第２セクションＳ２を含む。第２セクションＳ２は、第１セクションＳ１に隣接する。第２セクションＳ２が第１セクションＳ１を超える厚さは、第２厚さｔ２である。

【0019】

第２セクションＳ２は、少なくとも最下層２６（例えば最下層２６およびバリア層２８）に加えて、ヤング率においてＡｕ以下の材料からなる応力緩和層３０から構成されている。応力緩和層３０は、最上層２４の一部（底面を構成する部分）である。応力緩和層３０は、Ａｕから構成されており、放熱性に優れている。応力緩和層３０は、最上層２４を構成するＡｕとヤング率において同じかそれ以下であるため、後述する第３セクションＳ３に含まれる最上層２４の膨張または収縮が半導体層１６へ伝わることを緩和する。

【0020】

応力緩和層３０は、それが起因となる応力の影響を抑えるために、最上層２４の全体的厚さより薄くなっている。応力緩和層３０は、厚さにおいて、最上層２４の半分以下であることが好ましい。応力緩和層３０の第２厚さｔ２は例えば１００ｎｍである。

【0021】

第２セクションＳ２の先端と第１セクションＳ１の先端との距離は、例えば１０μｍである。第２セクションＳ２の先端は、半導体多層１６の側面より内側に位置する。言い換えると、第２セクションＳ２の先端から半導体多層１６の側面までの距離は、第１セクションＳ１の先端から半導体多層１６の側面までの距離より大きい。

【0022】

［第３セクション］
３つ以上のセクションＳは、第３セクションＳ３を含む。第３セクションＳ３は、最上層２４から最下層２６までの全層から構成されており、３つ以上のセクションＳのなかで厚さが最大である。第３セクションＳ３が第２セクションＳ２を超える厚さは、第３厚さｔ３である。第１厚さｔ１および第２厚さｔ２の少なくとも一方は、第３厚さｔ３の半分以下である。

【0023】

第３セクションＳ３の先端は、第２セクションＳ２の先端よりも、半導体多層１６の上面の内側に位置する。第３セクションＳ３の先端から半導体多層１６の側面までの距離は、第２セクションＳ２の先端から半導体多層１６の側面までの距離より大きい。第１セクションＳ１の先端と第３セクションＳ３の先端との距離は例えば２０μｍである。

【0024】

応力の観点では、第１セクションＳ１、第２セクションＳ２および第３セクションＳ３の先端間の距離は大きいほうが好ましい。しかし、電極２０を構成する各層は、放熱層としての役割も担っており、面積（体積）が小さくなることは好ましくない。特に、第１セクションＳ１、第２セクションＳ２および第３セクションＳ３の先端付近では発熱量が大きい。放熱性の観点では、第２セクションＳ２および第３セクションＳ３は、半導体多層１６の側面に近いことが好ましい。例えば、第１セクションＳ１の先端と第２セクションＳ２の先端との距離を５μｍ、第１セクションＳ１の先端と第３セクションＳ３の先端との距離を１０μｍとしてもよい。

【0025】

第１セクションＳ１の先端から、第２セクションＳ２の先端および第３セクションＳ３の先端をどの程度離すかは、応力と放熱性の観点から決定すればよい。最小距離としては、製造ばらつきの観点から、第１セクションＳ１の先端と第２セクションＳ２の先端との距離を２μｍ、第１セクションＳ１の先端と第３セクションＳ３の先端との距離を４μｍ以上とすることが好ましい。

【0026】

［比較例］
図４は、比較例１に係る電極の断面図である。比較例１では、最上層４、最下層６およびバリア層８の先端が、半導体多層２の側面に揃っている。そのため、半導体多層２の側面に応力が集中する。

【0027】

図５は、比較例２に係る電極の断面図である。比較例２では、最上層４の全体が第３セクションＳ３の範囲にある。つまり、最上層４が、半導体多層２の側面から離れている。そのため、半導体多層２の側面に生じる応力は低減する。しかし、最上層４の先端の直下では、比較例１よりも半導体多層２に生じる応力が大きくなる。

【0028】

図６は、比較例３に係る電極の断面図である。比較例３では、最上層４の端部が２段になっており薄い先端部が半導体多層２の側面に揃っているので、比較例１よりは半導体多層２の側面に生じる応力は小さい。しかし、最上層４の一部が半導体多層２の側面に揃っているので、比較例２よりも半導体多層２の側面に生じる応力が大きい。

【0029】

［効果］
本実施形態では、電極２０が多段構造を有するので、半導体多層１６に生じる応力を分散することができる。例えば、第２セクションＳ２および第３セクションＳ３の先端が、半導体多層１６の側面（素子端面）に一致しない。特に、強い応力発生の起因となるＡｕからなる最上層２４が側面と一致しない。したがって、側面に生じる応力を低減することができる。

【0030】

応力緩和層３０が、Ａｕと同等以下のヤング率を有する金属であるため、第３セクションＳ３の最上層２４の膨張または収縮が半導体多層１６に伝わることが緩和され、半導体多層１６に及ぼす応力の影響を低減することができる。特に、第２セクションＳ２の先端と第３セクションＳ３の先端が一致していないために、第３セクションＳ３の先端の直下に及ぼす応力を低減し、素子内側に加わる応力を低減している。さらに、Ａｕ層である最上層２４が側面と一致しないので、半導体多層１６を切断するときにＡｕ層を切断することがなくなり、劈開性において優れている。

【0031】

［製造方法］
電極２０の多段構造は、量産性の観点から以下の手順で形成することができる。まず半導体多層１６を形成後、最下層２６から最上層２４までの金属多層を、半導体多層１６の上面全面に蒸着する。そして、電極２０の全体的な平面形状を残すように金属多層をエッチングする。

【0032】

次に、第２セクションＳ２および第３セクションＳ３の平面形状を覆うエッチングマスクを、リソグラフィー法を適用して形成する。そして、最上層２４に対してエッチングが進行するがその直下の層に対してのエッチング進行が遅い選択的エッチングを行う。これにより、最上層２４は、第１セクションＳ１では除去され、第２セクションＳ２の先端が形成される。つまり、第１セクションＳ１と第２セクションＳ２との間の段が形成される。

【0033】

次に、第３セクションＳ３となる領域を覆うが第２セクションＳ２を覆わないエッチングマスクを介して、第２セクションＳ２で最上層２４を再びエッチングする。ただし、エッチングレートやエッチング時間を制御して、最上層２４の全部を除去せずにその一部を残す。これにより、第３セクションＳ３の先端が形成され、第２セクションＳ２と第３セクションＳ３との間の段が形成される。先に形成した段と合わせて多段構造が形成される。

【0034】

［変形例１］
図７は、変形例１に係る電極の断面図である。変形例１では、第２セクションＳ２の応力緩和層１３０は、最上層１２４とは別の層である。応力緩和層１３０は、最上層１２４を構成するＡｕよりもヤング率において小さい金属（例えばＩｎ）で構成されている。応力緩和層１３０が、Ａｕよりもヤング率において小さい金属からなるため、最上層１２４の膨張または収縮が半導体多層１１６に伝わることが緩和され、半導体多層１１６に生じる応力を低減することができる。

【0035】

［変形例２］
図８は、変形例２に係る電極の断面図である。変形例２では、第２セクションＳ２の応力緩和層２３０は、最上層２２４とは別の層（非接触層）であるが、最上層２２４と同じＡｕから構成されている。応力緩和層２３０の厚さは１００ｎｍである。応力緩和層２３０によって、第３セクションＳ３の膨張または収縮によってその先端が半導体多層２１６に及ぼす影響を低減することができる。

【0036】

電極２２０の多層構造は、第１セクションＳ１を除いて少なくとも第３セクションＳ３（例えば第２セクションＳ２および第３セクションＳ３）に、金属拡散を防止する材料からなる部分バリア層２３２を含む。部分バリア層２３２の厚さは１００ｎｍである。部分バリア層２３２は、第２セクションＳ２にも含まれる。金属拡散を防止する材料は、Ｐｔ、Ｗ、Ｃｒ、ＰｄまたはＴａである。

【0037】

第２セクションＳ２の上表面を構成する層は、部分バリア層２３２に限定されず他の層であっても構わない。例えばＴｉ層であっても構わない。最上層２２４と応力緩和層２３０の間に、部分バリア層２３２およびＴｉ層が積層されていてもよい。ただし、第２セクションＳ２は、その先端直下で半導体多層２１６に生じる応力が増加しないように、第２厚さｔ２を第３厚さｔ３の半分以下にすることが好ましい。

【0038】

第２変形例では、段形状を形成するプロセスが容易になる。まず、金属多層を、半導体多層２１６の上面全面に蒸着する。そして、金属多層から第１セクションＳ１で不要な部分を除去する。第２セクションＳ２および第３セクションＳ３では、金属多層の全層を残す。

【0039】

次に、第３セクションＳ３となる領域をマスクし、Ａｕのみをエッチングする溶液でエッチングを行う。第２セクションＳ２の上表面を構成する層が、部分バリア層２３２（例えばＰｔ）またはＴｉから構成されていれば、エッチングが進行しない。これにより、時間制御をしなくても、選択性エッチングが可能になり、第２セクションＳ２で不要な部分を除去することができ、大面積かつ効率的な製造が可能となる。

【0040】

［変形例３］
図９は、変形例３に係る電極の断面図である。変形例３では、バリア層３２８は薄く（例えば５０ｎｍ）なっている。これにより、第１セクションＳ１の先端が半導体多層３１６の側面に及ぼす影響が小さくなっている。しかし、薄い膜厚の制御は難しく、薄くなりすぎたり、緻密に形成されない領域が発生したりする。その結果、半導体多層３１６までＡｕが拡散すると信頼性が低下する。

【0041】

そこで、変形例３では、多層構造は、第１セクションＳ１を除いて少なくとも第３セクションＳ３（例えば第３セクションＳ３のみ）に、部分バリア層３３２を含む。部分バリア層３３２は、金属拡散を防止する材料からなる。金属拡散を防止する材料は、Ｐｔ、Ｗ、Ｃｒ、ＰｄまたはＴａである。部分バリア層３３２の厚さは１００ｎｍである。部分バリア層３３２を設けることで、その上にある最上層３２４を構成するＡｕがその下の層に拡散することを防止する効果を高めることができる。これにより、最上層３２４を構成するＡｕの拡散を十分に抑制することができる。

【0042】

第３セクションＳ３では、最上層３２４の厚さは６００ｎｍであるが、部分バリア層３３２が追加されているために、第３厚さｔ３が増している。これにより、第３セクションＳ３の膨張または収縮によって及ぼされる影響が大きくなる。しかし、第２セクションＳ２の応力緩和層３３０によって、応力が分散され、半導体多層３１６に及ぼす影響が低減されている。第２セクションＳ２の応力緩和層３３０は、最上層３２４とは別の層である。

【0043】

［変形例４］
図１０は、変形例４に係る電極の断面図である。変形例４では、第１セクションＳ１は、最上層４２４の一部を含む。第１セクションＳ１に含まれる最上層４２４の一部は、半導体多層４１６の側面およびその付近での放熱性を向上させ、特性を向上させる効果がある。すなわち、変形例４は、高い放熱性かつ信頼性を達成している。

【0044】

一方で、第１セクションＳ１に含まれる最上層４２４の一部が厚いと、応力の起因となって信頼性を劣化させる。そこで、第１セクションＳ１に含まれる最上層４２４の一部は、厚さにおいて、第２セクションＳ２に含まれる最上層４２４の一部の半分以下（例えば２５ｎｍ）である。なお、最下層４２６およびバリア層４２８のそれぞれの厚さは１００ｎｍである。

【0045】

［第２の実施形態］
図１１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１２は、図１１に示す半導体光素子のXII－XII線断面図である。図１３は、図１１に示す半導体光素子のXIII－XIII線断面図である。図１４は、図１１に示す半導体光素子のXIV－XIV線断面図である。

【0046】

半導体光素子は、リッジ導波路構造を有する分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）である。光導波路５１８の少なくとも一部を構成する光機能層５１２は、例えば多重量子井戸層で、活性層（発光層）として機能する。

【0047】

半導体多層５１６は、下クラッド層５１０、光機能層５１２および上クラッド層５１４を含む。下クラッド層５１０および上クラッド層５１４はＩｎＰであり、光機能層５１２はＩｎＧａＡｓＰである。下クラッド層５１０は、半導体基板であってもよいし、半導体基板とは別の半導体層であっても構わない。光機能層５１２と下クラッド層５１０の間には、ＩｎＧａＡｓＰで構成した回折格子構造を有する回折格子層（図示せず）が配置されている。なお、回折格子層は光機能層５１２と上クラッド層５１４との間に配置されても構わない。

【0048】

光機能層５１２と回折格子層との間および光機能層５１２と上クラッド層５１４との間には、ＩｎＧａＡｓＰで構成した光閉じ込め層（図示せず）が配置されている。光機能層５１２や光閉じ込め層はＩｎＧａＡｓＰに限定されず、ＩｎＧａＡｌＡｓであってもよい。半導体多層５１６は、コンタクト層を含んでもよい。

【0049】

半導体多層５１６は、光導波路５１８となるメサ構造を含む。光導波路５１８は、リッジ導波路型のメサ構造（以下、リッジ構造という）を有している。リッジ構造は、上クラッド層５１４の一部を含み、光機能層５１２の一部を含んでもよく、さらに下クラッド層５１０の一部を含んでもよい。

【0050】

電極５２０は、光導波路５１８に沿って光導波路５１８の上方に配置された主電極５３４と、主電極５３４から引き出されたパッド電極５３６を含み、これらは、連続一体的になっている。パッド電極５３６には外部から電気信号を伝えるワイヤがボンディングされるようになっている。電極５２０および裏面電極５２２の間に電圧を印加することで、半導体光素子は素子端面よりレーザ光を出力するようになっている。

【0051】

電極５２０が配置されていない領域では、半導体多層５１６は絶縁層５３８で覆われている。絶縁層５３８は例えば酸化シリコンである。主電極５３４と半導体多層５１６との電気的接続部（光導波路５１８の直上）を除き、絶縁層５３８は電極５２０の一部の下方にも配置されている。

【0052】

主電極５３４は、リッジ構造の上面で、多段構造となっている。主電極５３４は、リッジ構造の側面またはリッジ構造の両側でも多段構造となっており、これらの領域でも、半導体多層５１６に生じる応力の集中を防止している。上述した実施形態で説明した多段構造の詳細が、ここに適用可能である。

【0053】

半導体光素子は、以下の方法で製造することができる。半導体基板に対し、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）や分子線エピタキシー法で結晶成長を行い、これにより、下クラッド層５１０、光機能層５１２および上クラッド層５１４をそれぞれ結晶成長する。その後、光導波路５１８（メサ構造）を覆うエッチングマスクを形成し、エッチング（ドライエッチング又はウェットエッチング）を行い、リッジ型の光導波路５１８を形成する。

【0054】

半導体多層５１６の表面保護のため、プラズマＣＶＤ法または熱ＣＶＤ法で絶縁層５３８（例えば酸化シリコン）を表面全体に形成する。そして、光導波路５１８の直上領域（電気的接続部）に開口を有するエッチングマスクを介して、絶縁層５３８をエッチングする。続いて、金属多層を、半導体多層５１６に近い方から順番に、蒸着によって形成する。

【0055】

次に、第３セクションＳ３となる領域のみを覆うエッチングレジストを介して、エッチングを行い、第３セクションＳ３の表面形状を最上層５２４から形成する。ただし、第３セクションＳ３以外の領域を全部除去するのではなく、その領域はエッチバックによって薄くして残す。

【0056】

次に、第２セクションＳ２および第３セクションＳ３となる領域のみを覆うエッチングレジストを介して、エッチングを行い、第２セクションＳ２の表面形状（応力緩和層５３０）を最上層５２４から形成する。ただし、第２セクションＳ２および第３セクションＳ３以外の領域を全部除去するのではなく、その領域はエッチバックによって薄くして残す。

【0057】

次に、第１セクションＳ１、第２セクションＳ２および第３セクションＳ３となる領域のみを覆うエッチングレジストを介して、エッチングを行い、第１セクションＳ１の表面形状（最下層およびバリア層からなる層５２６）を形成する。ただし、エッチングは、層５２６の下の層（絶縁層５３８）に及ばないようにする。

【0058】

［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。

【0059】

半導体光素子は、一方の端面から入力された連続光を変調光に変換するようになっている光変調器（例えば、電界吸収型変調器）である。光導波路６１８の少なくとも一部を構成する光機能層６１２は、例えば多重量子井戸層で、光吸収層として機能する。

【0060】

半導体多層６１６は、光導波路６１８となるメサ構造を含む。光導波路６１８はメサ構造を有している。図１５では、メサ構造を破線で示している。メサ構造は、下クラッド層６１０の一部、光機能層６１２および上クラッド層６１４を含む。メサ構造の両側は半導体の埋め込み層６４２で埋め込まれている。下クラッド層６１０および上クラッド層６１４はＩｎＰであり、光機能層６１２はＩｎＧａＡｓＰである。光機能層６１２と下クラッド層６１０との間および光機能層６１２と上クラッド層６１４との間には、ＩｎＧａＡｓＰで構成した光閉じ込め層（図示せず）が配置されている。

【0061】

光導波路６１８は、非吸収材料層６４０（窓構造）を含む。非吸収材料層６４０は、光出射端面での反射が光機能層６１２に戻ることを低減する効果がある。非吸収材料層６４０は、光機能層６１２よりもバンドギャップが大きい。非吸収材料層６４０は、光機能層６１２に、光導波方向に隣接している。非吸収材料層６４０は、半導体多層６１６の側面（素子端面）の一部を構成する。

【0062】

半導体光素子は、電極６２０と裏面電極６２２を備えている。電極６２０は、光導波路６１８に沿って光導波路６１８の上方に配置された主電極６３４と、主電極６３４から引き出されたパッド電極６３６を含み、これらは、連続一体的になっている。パッド電極６３６には外部から電気信号を伝えるワイヤがボンディングされるようになっている。電極６２０および裏面電極６２２の間に電圧を印加することで、半導体光素子は端面から入射する光を変調するようになっている。

【0063】

主電極６３４は、リッジ構造の上面で、多段構造を有する。上述した実施形態で説明した多段構造の詳細が、ここに適用可能である。非吸収材料層６４０には電気を入力する必要がないので、非吸収材料層６４０の上方では、電極６２０は半導体多層６１６の上面のエッジ（素子端面）に至らない。非吸収材料層６４０が配置されている側では、第１セクションＳ１の先端は、半導体多層６１６の側面より内側に位置している。第１セクションＳ１を構成する層の端面は、半導体多層６１６の側面から離れている。電極６２０の、非吸収材料層６４０の直上にある部分は、絶縁層６３８を介して、半導体多層６１６から絶縁されている。電極６２０の構成は一例に過ぎず、他の実施形態で示した構造であっても構わない。

【0064】

［実施形態の概要］
（１）半導体光素子は、光導波路１８を含むように構成された半導体多層１６と、半導体多層１６の上面に接触する、多層構造および多段構造の電極２０と、を有し、多層構造の最上層２４は、Ａｕから構成され、多層構造の最下層２６は、半導体多層１６との密着性がＡｕよりも高い材料から構成され、多段構造は、光導波路１８にそれぞれ重なって光導波路１８が延びる方向に隣り合って厚さが異なる３つ以上のセクションＳから構成され、３つ以上のセクションＳの隣り合う一対は、半導体多層１６の端面に近くて厚さが小さい一方と、半導体多層１６の端面から離れて厚さが大きい他方からなり、３つ以上のセクションＳは、少なくとも最下層２６から構成されて厚さが最小の第１セクションＳ１と、少なくとも最下層２６に加えてヤング率においてＡｕ以下の材料からなる応力緩和層３０から構成されて第１セクションＳ１に隣接する第２セクションＳ２と、最上層２４から最下層２６までの全層から構成されて厚さが最大の第３セクションＳ３と、を含む。

【0065】

（２）（１）に記載の半導体光素子であって、第２セクションＳ２の応力緩和層３０は、最上層２４の一部であってもよい。

【0066】

（３）（２）に記載の半導体光素子であって、第１セクションＳ１は、最上層４２４の他の一部をさらに含んでもよい。

【0067】

（４）（３）に記載の半導体光素子であって、第１セクションＳ１に含まれる最上層４２４の他の一部は、厚さにおいて、第２セクションＳ２に含まれる最上層４２４の一部の半分以下であってもよい。

【0068】

（５）（１）に記載の半導体光素子であって、第２セクションＳ２の応力緩和層１３０は、最上層１２４とは別の層であってもよい。

【0069】

（６）（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、第１セクションＳ１は、第１厚さｔ１を有し、第２セクションＳ２が第１セクションＳ１を超える厚さは、第２厚さｔ２であり、第３セクションＳ３が第２セクションＳ２を超える厚さは、第３厚さｔ３であり、第１厚さｔ１および第２厚さｔ２の少なくとも一方は、第３厚さｔ３の半分以下であってもよい。

【0070】

（７）（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、多層構造は、最上層２４および最下層２６の間で、３つ以上のセクションＳの全体にわたって、金属拡散を防止する材料からなるバリア層２８を含んでもよい。

【0071】

（８）（７）に記載の半導体光素子であって、バリア層２８は、最下層２６に接触する層であってもよい。

【0072】

（９）（７）又は（８）に記載の半導体光素子であって、多層構造は、第１セクションＳ１を除いて少なくとも第３セクションＳ３に、金属拡散を防止する材料からなる部分バリア層２３２を含んでもよい。

【0073】

（１０）（９）に記載の半導体光素子であって、部分バリア層２３２は、第２セクションＳ２にも含まれていてもよい。

【0074】

（１１）（７）から（１０）のいずれか１項に記載の半導体光素子であって、金属拡散を防止する材料は、Ｐｔ、Ｗ、Ｃｒ、ＰｄまたはＴａであってもよい。

【0075】

（１２）（１）から（１１）のいずれか１項に記載の半導体光素子であって、最下層２６は、ＴｉまたはＭｏからなるようにしてもよい。

【0076】

（１３）（１）から（１２）のいずれか１項に記載の半導体光素子であって、第２セクションＳ２の上表面を構成する層は、ＰｔまたはＴｉからなるようにしてもよい。

【0077】

（１４）（１）から（１３）のいずれか１項に記載の半導体光素子であって、第１セクションＳ１を構成する層の端面は、半導体多層１６の側面に一致してもよい。

【0078】

（１５）（１）から（１３）のいずれか１項に記載の半導体光素子であって、第１セクションＳ１を構成する層の端面は、半導体多層６１６の側面から離れていてもよい。

【0079】

（１６）（１）から（１５）のいずれか１項に記載の半導体光素子であって、半導体多層５１６は、光導波路５１８となるメサ構造を含んでもよい。

【0080】

（１７）（１）から（１６）のいずれか１項に記載の半導体光素子であって、半導体多層１６は、光導波路１８の少なくとも一部を構成する活性層または光吸収層を含んでもよい。

【0081】

（１８）（１７）に記載の半導体光素子であって、光導波路６１８は、活性層または光吸収層よりもバンドギャップが大きい非吸収材料層６４０を含み、非吸収材料層６４０は、活性層または光吸収層に、光導波方向に隣接し、電極６２０の、非吸収材料層６４０の直上にある部分は、絶縁層６３８を介して、半導体多層６１６から絶縁されていてもよい。
（１９）（１６）に記載の半導体光素子であって、前記電極５２０は、前記メサ構造の上面で、前記多段構造となっていてもよい。
（２０）（１６）に記載の半導体光素子であって、前記電極５２０は、前記メサ構造の側面で、前記多段構造となっていてもよい。

【0082】

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】

【0083】

２ 半導体多層、４ 最上層、６ 最下層、８ バリア層、１０ 下クラッド層、１２ 光機能層、１４ 上クラッド層、１６ 半導体多層、１８ 光導波路、２０ 電極、２２ 裏面電極、２４ 最上層、２６ 最下層、２８ バリア層、３０ 応力緩和層、１１６ 半導体多層、１２４ 最上層、１３０ 応力緩和層、２１６ 半導体多層、２２０ 電極、２２４ 最上層、２３０ 応力緩和層、２３２ 部分バリア層、３１６ 半導体多層、３２４ 最上層、３２８ バリア層、３３０ 応力緩和層、３３２ 部分バリア層、４１６ 半導体多層、４２４ 最上層、４２６ 最下層、４２８ バリア層、５１０ 下クラッド層、５１２ 光機能層、５１４ 上クラッド層、５１６ 半導体多層、５１８ 光導波路、５２０ 電極、５２２ 裏面電極、５２４ 最上層、５２６ 層、５３４ 主電極、５３６ パッド電極、５３８ 絶縁層、６１０ 下クラッド層、６１２ 光機能層、６１４ 上クラッド層、６１６ 半導体多層、６１８ 光導波路、６２０ 電極、６２２ 裏面電極、６３４ 主電極、６３６ パッド電極、６３８ 絶縁層、６４０ 非吸収材料層、６４２ 埋め込み層、Ｓ セクション、Ｓ１ 第１セクション、Ｓ２ 第２セクション、Ｓ３ 第３セクション。

【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】