特開 2024-143969 光半導体装置および光半導体装置の製造方法

(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】P2024143969

(43)【公開日】2024-10-11

(54)【発明の名称】光半導体装置および光半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/042 20060101AFI20241003BHJP

   H01S 5/50 20060101ALI20241003BHJP

   H01S 5/026 20060101ALI20241003BHJP

   H01S 5/02345 20210101ALI20241003BHJP

   H01S 5/023 20210101ALI20241003BHJP

   H01S 5/11 20210101ALI20241003BHJP

   H01S 5/12 20210101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

H01S5/042 612

H01S5/50 610

H01S5/026 610

H01S5/02345

H01S5/023

H01S5/11

H01S5/12

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023111493

(22)【出願日】2023-07-06

(31)【優先権主張番号】P 2023056179

(32)【優先日】2023-03-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000154325

【氏名又は名称】住友電工デバイス・イノベーション株式会社

(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】井上 大輔

(72)【発明者】

【氏名】青山 康之祐

【テーマコード（参考）】

5F173

【Ｆターム（参考）】

5F173AA03

5F173AA48

5F173AB13

5F173AD30

5F173AF72

5F173AH06

5F173AK21

5F173AK23

5F173AR99

5F173AS01

5F173MA02

5F173MC30

5F173MD53

5F173MD59

5F173MD62

(57)【要約】

【課題】光半導体素子の実装時に同電位で駆動する電極数を決定できる光半導体装置および光半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】光半導体装置は、レーザ光を増幅する光増幅器部と、前記光増幅器部に電流を流すための複数の配線パッドと、ボンディングワイヤと、を有し、前記光増幅器部は、光軸方向に沿って分割された複数の電極を有し、前記複数の電極の数は、前記複数の配線パッドの数よりも多く、前記ボンディングワイヤは、前記複数の電極のそれぞれを前記複数の配線パッドのうちの１つと接続する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ光を増幅する光増幅器部と、
前記光増幅器部に電流を流すための複数の配線パッドと、
ボンディングワイヤと、
を有し、
前記光増幅器部は、光軸方向に沿って分割された複数の電極を有し、
前記複数の電極の数は、前記複数の配線パッドの数よりも多く、
前記ボンディングワイヤは、前記複数の電極のそれぞれを前記複数の配線パッドのうちの１つと接続する、
光半導体装置。

【請求項2】

前記複数の電極は、等間隔に分割される、
請求項１に記載の光半導体装置。

【請求項3】

前記複数の電極は、前記光軸方向における長さが互いに同じである、
請求項１に記載の光半導体装置。

【請求項4】

前記光増幅器部と集積化され、前記レーザ光を出射するレーザ部を有する、
請求項１に記載の光半導体装置。

【請求項5】

前記レーザ部は、分布帰還型である、
請求項４に記載の光半導体装置。

【請求項6】

前記レーザ部は、回折格子層と、前記回折格子層の上に設けられたコンタクト層と、を有し、
前記回折格子層は、光軸方向に沿って一定の周期の回折格子が形成された第１領域と、前記回折格子が形成されていない第２領域と、を有し、
前記第１領域は、前記光軸方向において前記第２領域よりも前記光増幅器部から遠くに位置する、
請求項４に記載の光半導体装置。

【請求項7】

前記コンタクト層は、前記光軸方向において前記光増幅器部に近い第１端部を有し、
前記第１領域と前記第２領域との境界は、前記光軸方向において前記第１端部よりも前記光増幅器部から遠くに位置する、
請求項６に記載の光半導体装置。

【請求項8】

前記光軸方向における前記境界と前記第１端部との距離は、５μｍ以上１０μｍ以下である、
請求項７に記載の光半導体装置。

【請求項9】

前記レーザ部および前記光増幅器部は、それぞれ
半導体層と、
前記半導体層の上に設けられたコンタクト層と、
前記コンタクト層の上に設けられたコンタクト電極と、
前記コンタクト電極の上に設けられた絶縁膜と、
を有し、
前記コンタクト層および前記コンタクト電極は、前記レーザ部と前記光増幅器部との間で分離溝によって分割されており、
前記分離溝は、前記絶縁膜によって覆われる、
請求項４に記載の光半導体装置。

【請求項10】

前記光増幅器部は、
半導体層と、
前記半導体層の上に設けられたコンタクト層と、
前記コンタクト層の上に設けられたコンタクト電極と、
前記コンタクト電極の上に設けられた絶縁膜と、
を有し、
前記コンタクト層および前記コンタクト電極は、前記光軸方向に沿って分離溝により複数に分割されており、
前記分離溝は、前記絶縁膜によって覆われる、
請求項１に記載の光半導体装置。

【請求項11】

前記半導体層と前記コンタクト層との界面における前記分離溝の幅は、５μｍ以上１０μｍ以下である、
請求項９または請求項１０に記載の光半導体装置。

【請求項12】

レーザ光を出射するレーザ部と、前記レーザ光を増幅する光増幅器部とを有する光半導体素子を準備する工程と、
前記光増幅器部に電流を流すための複数の配線パッドが設けられたサブマウントを準備する工程と、
前記サブマウントの上に前記光半導体素子を実装する工程と、
を有し、
前記光増幅器部は、光軸方向に沿って分割された複数の電極を有し、
前記複数の電極の数は、前記複数の配線パッドの数よりも多く、
前記実装する工程は、ボンディングワイヤにより前記複数の電極のそれぞれを前記複数の配線パッドのうちの１つと接続することを含む、
光半導体装置の製造方法。

【請求項13】

前記実装する工程は、前記光半導体素子の光出力の目標値に応じて、前記ボンディングワイヤを接続する位置を決定することを含む、
請求項１２に記載の光半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光半導体装置および光半導体装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体レーザに半導体光増幅器（ＳＯＡ：Semiconductor Optical Amplifier）が集積化された光半導体装置が知られている（例えば、非特許文献１、２参照）。非特許文献１に記載された光半導体装置は、３分割された電極を有する半導体光増幅器を備える。非特許文献２に記載された光半導体装置は、分布帰還型（ＤＦＢ：Distributed Feedback）レーザを有する。ＤＦＢレーザにおける回折格子が形成された領域は、電流注入領域と一致している。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】K. Carney et al., "Method to improve the noise figure and saturation power in multi-contact semiconductor optical amplifiers: Simulation and experiment", Opt. Express, vol. 21, pp. 7180-7195, Mar. 2013.

【非特許文献2】L. Hou, M. Haji, J. Akbar and J. Marsh, "Narrow linewidth laterally coupled 1.55 um AlGaInAs/InP distributed feedback lasers integrated with a curved tapered semiconductor optical amplifier", Opt. Lett., vol. 37, no. 21, pp. 4525-4527, Nov. 2012.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の半導体光増幅器では、電極の分割数および長さが設計時に決まるため、光半導体素子が完成した後に目的に応じて同電位で駆動する電極数を変更できない。

【0005】

本開示は、光半導体素子の実装時に同電位で駆動する電極数を決定できる光半導体装置および光半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の光半導体装置は、レーザ光を増幅する光増幅器部と、前記光増幅器部に電流を流すための複数の配線パッドと、ボンディングワイヤと、を有し、前記光増幅器部は、光軸方向に沿って分割された複数の電極を有し、前記複数の電極の数は、前記複数の配線パッドの数よりも多く、前記ボンディングワイヤは、前記複数の電極のそれぞれを前記複数の配線パッドのうちの１つと接続する。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、光半導体素子の実装時に同電位で駆動する電極数を決定できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施形態に係る光半導体素子を示す概略図である。

【図2】図２は、実施形態に係る光半導体素子を示す断面図（その１）である。

【図3】図３は、実施形態に係る光半導体素子を示す断面図（その２）である。

【図4】図４は、実施形態に係る光半導体素子を示す断面図（その３）である。

【図5】図５は、実施形態に係る光半導体素子を示す断面図（その４）である。

【図6】図６は、実施形態の第１例に係る光半導体装置を示す概略図である。

【図7】図７は、実施形態の第２例に係る光半導体装置を示す概略図である。

【図8】図８は、光半導体装置の駆動条件の決定方法を示すフローチャートである。

【図9】図９は、第１電流比を決定するステップを示す図（その１）である。

【図10】図１０は、第１電流比を決定するステップを示す図（その２）である。

【図11】図１１は、第１電流比を決定するステップを示す図（その３）である。

【図12】図１２は、実験に用いた光半導体素子を示す概略図である。

【図13】図１３は、光半導体素子内のキャリア密度を示す図である。

【図14】図１４は、光半導体素子内のフォトン密度を示す図である。

【図15】図１５は、光増幅器部に流す合計の電流と光出力および電力変換効率との関係を示す図である。

【図16】図１６は、実施形態の変形例に係る光半導体素子を示す断面図である。

【図17】図１７は、実施形態の変形例に係る光半導体素子の製造方法を示す断面図（その１）である。

【図18】図１８は、実施形態の変形例に係る光半導体素子の製造方法を示す断面図（その２）である。

【図19】図１９は、実施形態の変形例に係る光半導体素子の製造方法を示す断面図（その３）である。

【図20】図２０は、実施形態の変形例に係る光半導体素子の製造方法を示す断面図（その４）である。

【図21】図２１は、実施形態の変形例に係る光半導体素子の製造方法を示す断面図（その５）である。

【図22】図２２は、実施形態の変形例に係る光半導体素子の製造方法を示す断面図（その６）である。

【図23】図２３は、実施形態の変形例に係る光半導体素子の製造方法を示す断面図（その７）である。

【図24】図２４は、実施形態の変形例に係る光半導体素子の製造方法を示す断面図（その８）である。

【図25】図２５は、実施形態の変形例に係る光半導体素子の製造方法を示す断面図（その９）である。

【図26】図２６は、実施形態の変形例に係る光半導体素子の製造方法を示す断面図（その１０）である。

【図27】図２７は、実施形態の変形例に係る光半導体素子の製造方法を示す断面図（その１１）である。

【図28】図２８は、実施形態の変形例に係る光半導体素子の製造方法を示す断面図（その１２）である。

【図29】図２９は、実施形態の変形例に係る光半導体素子の製造方法を示す断面図（その１３）である。

【図30】図３０は、実施形態の変形例に係る光半導体素子の製造方法を示す断面図（その１４）である。

【図31】図３１は、実施形態の変形例に係る光半導体素子の製造方法を示す断面図（その１５）である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

実施するための形態について、以下に説明する。

【0010】

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。以下の説明では、同一または対応する要素には同一の符号を付し、それらについて同じ説明は繰り返さない。本開示での結晶学的記載においては、個別方位を［］、集合方位を＜＞、個別面を（）、集合面を｛｝でそれぞれ示している。また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、本開示では数字の前に負の符号を付している。また、任意の点からみて、基板の［１００］側を上方、上側または上ということがあり、基板の［－１００］側を下方、下側または下ということがある。

【0011】

〔１〕 本開示の一態様に係る光半導体装置は、レーザ光を増幅する光増幅器部と、前記光増幅器部に電流を流すための複数の配線パッドと、ボンディングワイヤと、を有し、前記光増幅器部は、光軸方向に沿って分割された複数の電極を有し、前記複数の電極の数は、前記複数の配線パッドの数よりも多く、前記ボンディングワイヤは、前記複数の電極のそれぞれを前記複数の配線パッドのうちの１つと接続する。この場合、光半導体素子の実装時にボンディングワイヤを接続する位置を変更することよって同電位で駆動する電極数を決定できる。このため、同一の光半導体素子を異なる駆動方法において利用できる。

【0012】

〔２〕 〔１〕において、前記複数の電極は、等間隔に分割されてもよい。この場合、光増幅器部の光軸方向の電流分布において、任意の分布形状を高い精度で近似しやすくなる。

【0013】

〔３〕 〔１〕または〔２〕において、前記複数の電極は、前記光軸方向における長さが互いに同じであってもよい。この場合、光増幅器部の光軸方向の電流分布において、任意の分布形状を高い精度で近似しやすくなる。

【0014】

〔４〕 〔１〕から〔３〕において、前記光増幅器部と集積化され、前記レーザ光を出射するレーザ部を有してもよい。この場合、高い光出力を得やすい。

【0015】

〔５〕 〔４〕において、前記レーザ部は、分布帰還型であってもよい。この場合、単一モードで発振するため、データセンタ用の連続光源として利用しやすい。

【0016】

〔６〕 〔４〕において、前記レーザ部は、回折格子層と、前記回折格子層の上に設けられたコンタクト層と、を有し、前記回折格子層は、光軸方向に沿って一定の周期の回折格子が形成された第１領域と、前記回折格子が形成されていない第２領域と、を有し、前記第１領域は、前記光軸方向において前記第２領域よりも前記光増幅器部から遠くに位置してもよい。この場合、第１領域を、電流が注入されない非注入領域から遠ざけることができる。

【0017】

〔７〕 〔６〕において、前記コンタクト層は、前記光軸方向において前記光増幅器部に近い第１端部を有し、前記第１領域と前記第２領域との境界は、前記光軸方向において前記第１端部よりも前記光増幅器部から遠くに位置してもよい。この場合、第１領域を、電流が注入されない非注入領域から遠ざけることができる。非注入領域では、光吸収によって効率が低下する。第１領域を非注入領域から遠ざけることで、光は非注入領域を１度しか通過しなくなり、非注入領域における光吸収を低減できる。

【0018】

〔８〕 〔７〕において、前記光軸方向における前記境界と前記第１端部との距離は、５μｍ以上１０μｍ以下であってもよい。５μｍ以上の場合、光半導体素子を製造する際のアライメントずれの影響を受けにくい。１０μｍ以下の場合、光半導体素子の特性への影響が生じにくい。

【0019】

〔９〕 〔４〕において、前記レーザ部および前記光増幅器部は、それぞれ半導体層と、前記半導体層の上に設けられたコンタクト層と、前記コンタクト層の上に設けられたコンタクト電極と、前記コンタクト電極の上に設けられた絶縁膜と、を有し、前記コンタクト層および前記コンタクト電極は、前記レーザ部と前記光増幅器部との間で分離溝によって分割されており、前記分離溝は、前記絶縁膜によって覆われてもよい。この場合、高い耐湿性が得られる。

【0020】

〔１０〕 〔１〕において、前記光増幅器部は、半導体層と、前記半導体層の上に設けられたコンタクト層と、前記コンタクト層の上に設けられたコンタクト電極と、前記コンタクト電極の上に設けられた絶縁膜と、を有し、前記コンタクト層および前記コンタクト電極は、前記光軸方向に沿って分離溝により複数に分割されており、前記分離溝は、前記絶縁膜によって覆われてもよい。この場合、高い耐湿性が得られる。

【0021】

〔１１〕 〔９〕または〔１０〕において、前記半導体層と前記コンタクト層との界面における前記分離溝の幅は、５μｍ以上１０μｍ以下であってもよい。５μｍ以上の場合、隣り合うコンタクト層間において高い絶縁性を確保しやすい。１０μｍ以下の場合、半導体層における光吸収を低減しやすい。

【0022】

〔１２〕 本開示の他の一態様に係る光半導体装置の製造方法は、レーザ光を出射するレーザ部と、前記レーザ光を増幅する光増幅器部とを有する光半導体素子を準備する工程と、前記光増幅器部に電流を流すための複数の配線パッドが設けられたサブマウントを準備する工程と、前記サブマウントの上に前記光半導体素子を実装する工程と、を有し、前記光増幅器部は、光軸方向に沿って分割された複数の電極を有し、前記複数の電極の数は、前記複数の配線パッドの数よりも多く、前記実装する工程は、ボンディングワイヤにより前記複数の電極のそれぞれを前記複数の配線パッドのうちの１つと接続することを含む。この場合、光半導体素子の実装時にボンディングワイヤを接続する位置を変更することよって同電位で駆動する電極数を決定できる。このため、同一の光半導体素子を異なる駆動方法において利用できる。

【0023】

〔１３〕 〔１２〕において、前記実装する工程は、前記光半導体素子の光出力の目標値に応じて、前記ボンディングワイヤを接続する位置を決定することを含んでもよい。この場合、目標とする光出力ごとに電力変換効率を高めることができる。

【0024】

［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示の実施形態について詳細に説明するが、本開示はこれらに限定されるものではない。

【0025】

〔光半導体素子〕
図１から図５を参照し、実施形態に係る光半導体素子１について説明する。図１は、実施形態に係る光半導体素子１を示す模式図である。図２から図５は、実施形態に係る光半導体素子１を示す断面図である。図１は、上部電極７１２の分割構造を平面視で示す。図２は、図１中のII-II線に沿った断面図に相当する。図３は、図１中のIII-III線に沿った断面図に相当する。図４は、図１中のIV-IV線に沿った断面図に相当する。図５は、図１中のV-V線に沿った断面図に相当する。

【0026】

光半導体素子１は、主として、基板２０と、半導体層３０と、半導体層８０とを有する。

【0027】

基板２０は、例えばｎ型のリン化インジウム（ＩｎＰ）基板である。基板２０は、第１主面２０Ａと、第１主面２０Ａとは反対の第２主面２０Ｂとを有する。基板２０には、例えば１．０×１０^１８ｃｍ^－３の濃度でシリコン（Ｓｉ）または硫黄（Ｓ）がドープされている。第１主面２０Ａの面方位は（１００）であり、第２主面２０Ｂの面方位は（－１００）である。

【0028】

半導体層３０は、第１主面２０Ａの上に設けられている。半導体層３０は、バッファ層３２と、回折格子層３３と、ｎ型クラッド層３４と、活性層３５と、ｐ型クラッド層３６とを有する。

【0029】

バッファ層３２は、基板２０の上に設けられている。バッファ層３２は、例えば厚さが５００ｎｍ程度のｎ型のＩｎＰ層である。バッファ層３２には、例えば５．０×１０^１７ｃｍ^－３の濃度でＳｉがドープされている。バッファ層３２は、基板２０の結晶方位を引き継いでいる。

【0030】

回折格子層３３は、バッファ層３２の上に設けられている。回折格子層３３は、例えば厚さが５０ｎｍ程度のｎ型の砒化リン化ガリウムインジウム（ＧａＩｎＡｓＰ）層である。回折格子層３３の室温での発光波長λｇは、１．１５μｍ程度である。回折格子層３３には、例えば５．０×１０^１７ｃｍ^－３の濃度でＳｉがドープされている。回折格子層３３は、バッファ層３２の結晶方位を引き継いでいる。

【0031】

ｎ型クラッド層３４は、回折格子層３３およびバッファ層３２の上に設けられている。ｎ型クラッド層３４は、回折格子層３３を覆う。ｎ型クラッド層３４は、例えば厚さが５００ｎｍ程度のｎ型のＩｎＰ層である。ｎ型クラッド層３４には、例えば５．０×１０^１７ｃｍ^－３の濃度でＳｉがドープされている。ｎ型クラッド層３４は、回折格子層３３およびバッファ層３２の結晶方位を引き継いでいる。

【0032】

活性層３５は、ｎ型クラッド層３４の上に設けられている。活性層３５は、量子井戸層と、量子井戸層を間に挟む２つの障壁層とを有する。量子井戸層は、例えば厚さが８０ｎｍ程度のＧａＩｎＡｓＰ層または砒化アルミニウムガリウムインジウム（ＡｌＧａＩｎＡｓ）層である。障壁層は、いずれも、例えば厚さが３０ｎｍ程度のＧａＩｎＡｓＰ層またはＡｌＧａＩｎＡｓ層である。障壁層の室温での発光波長λｇは、１．１５μｍ程度である。活性層３５は、ｎ型クラッド層３４の結晶方位を引き継いでいる。

【0033】

ｐ型クラッド層３６は、活性層３５の上に設けられている。ｐ型クラッド層３６は、例えば厚さが２００ｎｍ程度のｐ型のＩｎＰ層である。ｐ型クラッド層３６には、例えば５．０×１０^１７ｃｍ^－３の濃度で亜鉛（Ｚｎ）がドープされている。ｐ型クラッド層３６は、活性層３５の結晶方位を引き継いでいる。

【0034】

半導体層３０は、基板２０の結晶方位を引き継いでいる。以降の説明における結晶方位は、基板２０の結晶方位である。半導体層３０には、メサ３１が形成されている。メサ３１は、バッファ層３２の一部が露出するように形成されている。メサ３１の高さは、例えば１０００ｎｍ程度である。メサ３１は、レーザ部４０および光増幅器部５０を有する。詳細は後述するが、図１に示されるように、概ね、レーザ部４０は［０－１－１］方向に平行に延び、光増幅器部５０は［０－１－１］方向から［０１－１］方向に向けて６°以上８°以下傾斜した方向に平行に延びる。光増幅器部５０は、レーザ部４０の［０－１－１］側の端部に繋がる。レーザ部４０と光増幅器部５０とは、集積化されている。この場合、高い光出力を得やすい。レーザ部４０の［０－１－１］方向に平行な方向における寸法は、例えば３５０μｍ以上１５００μｍ以下である。光増幅器部５０の［０－１－１］方向に平行な方向における寸法は、例えば５００μｍ以上１８００μｍ以下である。

【0035】

レーザ部４０は、第１主面２０Ａに垂直な第１面１１１および第２面１１２を有する。第１面１１１の面方位は（０１－１）であり、第２面１１２の面方位は（０－１１）である。すなわち、第１面１１１および第２面１１２は、｛０１－１｝面に平行である。第１面１１１と第２面１１２との間の第１距離Ｗ１は、例えば１．５μｍ以上２．５μｍ以下である。

【0036】

光増幅器部５０は、テーパ部５１と、平行部５２とを有する。テーパ部５１はレーザ部４０の［０－１－１］側の端部に繋がり、平行部５２はテーパ部５１のレーザ部４０とは反対の端部に繋がる。

【0037】

テーパ部５１は、第１主面２０Ａに垂直な第３面１１３および第４面１１４を有する。第３面１１３は第１面１１１に連なり、第４面１１４は第２面１１２に連なる。第３面１１３および第４面１１４は、第１主面２０Ａに平行な面内で、それぞれ（０１－１）面、（０－１１）面から互いに同じ方向に傾斜している。第３面１１３および第４面１１４が傾斜する方向は、（１００）面に平行な方向である。第３面１１３の（０１－１）面からの傾斜は、第４面１１４の（０－１１）面からの傾斜よりも大きい。すなわち、第３面１１３は、第１主面２０Ａに平行な面内で、第４面１１４よりも大きく｛０１－１｝面から傾斜している。従って、第３面１１３と第４面１１４との間の第３距離Ｗ３は、レーザ部４０から離れるに連れて漸増する。第３面１１３と（０１－１）面とのなす角の大きさは角度θ１３であり、第４面１１４と（０－１１）面とのなす角の大きさは角度θ１４であり、角度θ１３が角度θ１４よりも大きい。本開示において、２つの面のなす角の大きさ（角度）は、０°以上９０°以下である。２つの面のなす角の大きさ（角度）は、例えば顕微鏡観察を通じて測定できる。

【0038】

平行部５２は、第１主面２０Ａに垂直な第５面１１５および第６面１１６を有する。第５面１１５と第６面１１６とは互いに平行である。第５面１１５と第６面１１６との間の第２距離Ｗ２は第１距離Ｗ１よりも大きい。逆の見方をすると、第１距離Ｗ１は第２距離Ｗ２よりも小さい。第２距離Ｗ２は、例えば２．０μｍ以上１０μｍ以下である。第５面１１５および第６面１１６は、第１主面２０Ａに平行な面内で、それぞれ（０１－１）面、（０－１１）面から第３面１１３および第４面１１４と同じ方向に傾斜している。例えば、第５面１１５および第６面１１６は、第１主面２０Ａに平行な面内で、それぞれ（０１－１）面、（０－１１）面から第３面１１３および第４面１１４と同じ方向に６°以上８°以下傾斜している。第５面１１５と（０１－１）面とのなす角の大きさは角度θ１５であり、第６面１１６と（０－１１）面とのなす角の大きさは角度θ１６であり、角度θ１５および角度θ１６は互いに等しく、例えば６°以上８°以下である。

【0039】

本実施形態では、第３面１１３および第５面１１５は、法線ベクトルが［０１－１］方向と［０１１］方向との間を向くように傾斜し、第４面１１４および第６面１１６は、法線ベクトルが［０－１１］方向と［０－１－１］方向との間を向くように傾斜している。

【0040】

第５面１１５は、第１主面２０Ａに平行な面内で、第３面１１３よりも小さく（０１－１）面から傾斜している。逆の見方をすると、第３面１１３は、第１主面２０Ａに平行な面内で、第５面１１５よりも大きく（０１－１）面から傾斜している。例えば、第３面１１３は、第１主面２０Ａに平行な面内で、第５面１１５よりも０°超１°以下大きく（０１－１）面から傾斜している。角度θ１３が角度θ１５よりも大きく、例えば角度θ１３と角度θ１５との差が０°超１°以下である。

【0041】

第６面１１６は、第１主面２０Ａに平行な面内で、第４面１１４よりも大きく（０－１１）面から傾斜している。逆の見方をすると、第４面１１４は、第１主面２０Ａに平行な面内で、第６面１１６よりも小さく（０－１１）面から傾斜している。例えば、第４面１１４は、第１主面２０Ａに平行な面内で、第６面１１６よりも０°超１°以下小さく（０－１１）面から傾斜している。角度θ１６が角度θ１４よりも大きく、例えば角度θ１６と角度θ１４との差が０°超１°以下である。

【0042】

例えば、角度θ１３と角度θ１５との差が角度θ１６と角度θ１４との差と等しく、テーパ部５１と平行部５２との境界において、テーパ部５１の光軸および平行部５２の光軸が互いに繋がるとともに、互いに平行である。平行部５２の光軸は、例えば［０－１－１］方向から６°以上８°以下傾斜している。

【0043】

図２に示されるように、レーザ部４０内では、回折格子層３３に一定の周期の回折格子が形成されている。これに対し、図３に示されるように、光増幅器部５０内では、回折格子層３３に回折格子が形成されておらず、メサ３１内でバッファ層３２の上面の全体が回折格子層３３により覆われている。

【0044】

半導体層８０は、メサ３１を埋め込むようにして、メサ３１の側方に設けられている。半導体層８０は、ｐ型ブロック層８１と、ｎ型ブロック層８２とを有する。半導体層８０は第１面１１１、第２面１１２、第３面１１３、第４面１１４、第５面１１５および第６面１１６に接する。ｐ型クラッド層３６の上面の少なくとも一部は半導体層８０から露出している。

【0045】

ｐ型ブロック層８１は、バッファ層３２の上に設けられている。ｐ型ブロック層８１は、第１面１１１、第２面１１２、第３面１１３、第４面１１４、第５面１１５および第６面１１６に接する。ｐ型ブロック層８１は、バッファ層３２、回折格子層３３、ｎ型クラッド層３４、活性層３５およびｐ型クラッド層３６の各側面に接する。ｐ型ブロック層８１は、例えば最も厚い部分の厚さが１０００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下のｐ型のＩｎＰ層である。ｐ型ブロック層８１には、例えば１．０×１０^１７ｃｍ^－３以上１．０×１０^１８ｃｍ^－３以下の濃度でＺｎがドープされている。ｐ型ブロック層８１の一部に塩素（Ｃｌ）が添加されていてもよい。

【0046】

ｎ型ブロック層８２は、ｐ型ブロック層８１の上に設けられている。ｎ型ブロック層８２は、例えば最も厚い部分の厚さが３００ｎｍ以上５００ｎｍ以下のｎ型のＩｎＰ層である。ｎ型ブロック層８２には、例えば５．０×１０^１８ｃｍ^－３程度の濃度でＳｉがドープされている。ｎ型ブロック層８２の一部にＣｌが添加されていてもよい。

【0047】

光半導体素子１は、更に、ｐ型半導体層８３と、コンタクト層８４と、上部電極７１と、下部電極７２と、絶縁膜９１と、反射防止膜９３と、高反射膜９４とを有する。

【0048】

ｐ型半導体層８３は、ｐ型クラッド層３６およびｎ型ブロック層８２の上に設けられている。ｐ型半導体層８３は、例えば最も厚い部分の厚さが２５００ｎｍ以上３５００ｎｍ以下のｐ型のＩｎＰ層である。ｐ型半導体層８３には、例えば１．０×１０^１８ｃｍ^－３以上２．０×１０^１８ｃｍ^－３以下の濃度でＺｎがドープされている。ｐ型半導体層８３は、ｐ型クラッド層３６の一部として機能し得る。

【0049】

コンタクト層８４は、ｐ型半導体層８３の上に設けられている。コンタクト層８４は、ｐ型のＧａＩｎＡｓＰ層と、ｐ型の砒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）層とを有する。ＧａＩｎＡｓＰ層は、ｐ型半導体層８３の上に設けられている。例えば、ＧａＩｎＡｓＰ層の厚さは２００ｎｍ程度であり、ＧａＩｎＡｓＰ層には、２．０×１０^１８ｃｍ^－３程度の濃度でＺｎがドープされている。ＩｎＧａＡｓ層は、ＧａＩｎＡｓＰ層の上に設けられている。例えば、ＩｎＧａＡｓ層の厚さは３００ｎｍ程度であり、ＩｎＧａＡｓ層には、８．０×１０^１８ｃｍ^－３程度の濃度でＺｎがドープされている。コンタクト層８４のバンドギャップは、ｐ型半導体層８３のバンドギャップよりも小さい。

【0050】

上部電極７１は、コンタクト層８４の上に設けられている。上部電極７１は、平面視でメサ３１と重なるように設けられている。例えば、平面視で上部電極７１の輪郭の内側にメサ３１の輪郭がある。

【0051】

コンタクト層８４および上部電極７１は、レーザ部４０と光増幅器部５０との間で分割されている。コンタクト層８４および上部電極７１は、レーザ部４０と光増幅器部５０との間で絶縁分離されている。レーザ部４０および光増幅器部５０には、互いに独立した電流を流すことができる。

【0052】

コンタクト層８４は、コンタクト層８４１と、コンタクト層８４２とを含む。コンタクト層８４１は、レーザ部４０に設けられる。コンタクト層８４２は、光増幅器部５０に設けられる。コンタクト層８４２は、平行部５２の光軸方向に沿って複数（例えば９個）に分割されている。複数のコンタクト層８４２は、互いに絶縁分離されている。複数のコンタクト層８４２は、等間隔に分割されてよい。複数のコンタクト層８４２は、平行部５２の光軸方向における長さが互いに同じであってよい。

【0053】

上部電極７１は、上部電極７１１と、上部電極７１２とを含む。上部電極７１１は、レーザ部４０に設けられる。上部電極７１２は、光増幅器部５０に設けられる。上部電極７１２は、平行部５２の光軸方向に沿って複数（例えば９個）に分割されている。複数の上部電極７１２は、互いに絶縁分離されている。この場合、複数の上部電極７１２のそれぞれに、互いに独立した電流を流すことができる。複数の上部電極７１２は、平行部５２の光軸方向における長さが互いに同じであってよい。この場合、光増幅器部５０の光軸方向の電流分布において、任意の分布形状を高い精度で近似しやすくなる。複数の上部電極７１２は、等間隔に分割されてよい。すなわち、複数の上部電極７１２は、平行部５２の光軸方向における長さが互いに同じであり、かつ、隣り合う上部電極７１２間の距離が互いに同じであってよい。この場合、光増幅器部５０の光軸方向の電流分布において、任意の分布形状を高い精度で近似しやすくなる。

【0054】

基板２０、バッファ層３２、半導体層８０、ｐ型半導体層８３、コンタクト層８４の積層体に、トレンチ８５が形成されている。トレンチ８５は、メサ３１を間に挟むようにして、メサ３１の［０１－１］側と［０－１１］側に形成されている。トレンチ８５は、例えばメサ３１に沿って延びる。

【0055】

絶縁膜９１は、コンタクト層８４の上面と、上部電極７１の上面および側面と、トレンチ８５の内壁面および底面とを覆う。絶縁膜９１は、例えば酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）膜、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）膜または窒化ケイ素（ＳｉＮ）膜である。絶縁膜９１に、上部電極７１の上面の一部が露出する開口部９２が形成されている。

【0056】

下部電極７２は、基板２０の第２主面２０Ｂの下に設けられている。下部電極７２は基板２０に接する。

【0057】

メサ３１は、面方位が（０－１－１）の第１端面３１Ａと、面方位が（０１１）の第２端面３１Ｂとを有する。反射防止膜９３は第１端面３１Ａを覆い、高反射膜９４は第２端面３１Ｂを覆う。例えば、反射防止膜９３は、高屈折率膜として酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）または二酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_３）層と、低屈折率膜として酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）または酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜とを含み、高屈折率膜が第１端面３１Ａと低屈折率膜との間にある。例えば、高反射膜９４は、高屈折率膜として酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）または二酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_３）層と、低屈折率膜として酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）または酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜とを含み、高屈折率膜が第２端面３１Ｂと低屈折率膜との間にある構造を２周期以上５周期以下繰り返した多層構造を有する。

【0058】

光半導体素子１では、平面視でメサ３１のレーザ部４０を含む部分が分布帰還型（ＤＦＢ：Distributed Feedback）レーザとして機能する。この場合、単一モードで発振するため、データセンタ用の連続光源として利用しやすい。光半導体素子１では、平面視でメサ３１の光増幅器部５０を含む部分が半導体光増幅器として機能する。

【0059】

〔光半導体装置〕
図６を参照し、実施形態の第１例に係る光半導体装置２について説明する。図６は、実施形態の第１例に係る光半導体装置２を示す概略図である。

【0060】

光半導体装置２は、光半導体素子１と、サブマウントＳＭと、配線パッドＰ１から配線パッドＰ４と、ボンディングワイヤＢ１からボンディングワイヤＢ１１とを有する。

【0061】

サブマウントＳＭは、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）により形成されている。

【0062】

各配線パッドＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４は、サブマウントＳＭの上に設けられている。各配線パッドＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４は、互いに絶縁分離されている。各配線パッドＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４には、定電流源が接続されている。各配線パッドＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４は、例えば銅により形成されている。

【0063】

光半導体素子１は、サブマウントＳＭに実装されている。光半導体素子１は、例えば半田、導電性接着剤等の接合材により、配線パッドＰ１の上に固定されている。光半導体素子１は、下部電極７２が配線パッドＰ１と電気的に接続されている。光半導体素子１は、上部電極７１１が配線パッドＰ２とワイヤ接続され、上部電極７１２が配線パッドＰ３、Ｐ４とワイヤ接続されている。

【0064】

ボンディングワイヤＢ１、Ｂ２は、上部電極７１１と配線パッドＰ２とを電気的に接続する。ボンディングワイヤＢ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８は、上部電極７１２ａ、７１２ｂ、７１２ｃ、７１２ｄ、７１２ｅ、７１２ｆと配線パッドＰ３とを電気的に接続する。ボンディングワイヤＢ９、Ｂ１０、Ｂ１１は、上部電極７１２ｇ、７１２ｈ、７１２ｉと配線パッドＰ４とを電気的に接続する。

【0065】

係る光半導体装置２は、光増幅器部５０に設けられる９個の上部電極７１２ａから上部電極７１２ｉと、２個の配線パッドＰ３、Ｐ４とを有する。６個の上部電極７１２ａ、７１２ｂ、７１２ｃ、７１２ｄ、７１２ｅ、７１２ｆは配線パッドＰ３とワイヤ接続され、３個の上部電極７１２ｇ、７１２ｈ、７１２ｉは配線パッドＰ４とワイヤ接続されている。この場合、６個の上部電極７１２ａ、７１２ｂ、７１２ｃ、７１２ｄ、７１２ｅ、７１２ｆが同電位となり、３個の上部電極７１２ｇ、７１２ｈ、７１２ｉが同電位となる。このため、光半導体装置２は、１つの光増幅器部５０が、光軸方向に沿って設けられる２個の光増幅器部５０ａ、５０ｂとして機能する。光増幅器部５０ａ、５０ｂは、レーザ部４０の側からこの順に設けられている。例えば、上部電極７１２ａから上部電極７１２ｉが光軸方向に沿って等間隔に分割され、かつ光軸方向における長さが互いに同じである場合、光増幅器部５０ａの長さと光増幅器部５０ｂの長さとの比は２：１となる。

【0066】

図７を参照し、実施形態の第２例に係る光半導体装置３について説明する。図７は、実施形態の第２例に係る光半導体装置３を示す概略図である。

【0067】

光半導体装置３は、上部電極７１２とワイヤ接続される配線パッドが３個である点で、光半導体装置２と異なる。光半導体装置３は、光半導体素子１と、サブマウントＳＭと、配線パッドＰ１から配線パッドＰ５と、ボンディングワイヤＢ１からボンディングワイヤＢ１１とを有する。

【0068】

サブマウントＳＭは、例えばＡｌＮにより形成されている。

【0069】

各配線パッドＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５は、サブマウントＳＭの上に設けられている。各配線パッドＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５は、互いに絶縁分離されている。各配線パッドＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５には、定電流源が接続されている。各配線パッドＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５は、例えば銅により形成されている。

【0070】

光半導体素子１は、サブマウントＳＭに実装されている。光半導体素子１は、例えば半田、導電性接着剤等の接合材により、配線パッドＰ１の上に固定されている。光半導体素子１は、下部電極７２が配線パッドＰ１と電気的に接続されている。光半導体素子１は、上部電極７１１が配線パッドＰ２とワイヤ接続され、上部電極７１２が配線パッドＰ３、Ｐ４、Ｐ５とワイヤ接続されている。

【0071】

ボンディングワイヤＢ１、Ｂ２は、上部電極７１１と配線パッドＰ２とを電気的に接続する。ボンディングワイヤＢ３、Ｂ４、Ｂ５は、上部電極７１２ａ、７１２ｂ、７１２ｃと配線パッドＰ３とを電気的に接続する。ボンディングワイヤＢ６、Ｂ７、Ｂ８は、上部電極７１２ｄ、７１２ｅ、７１２ｆと配線パッドＰ４とを電気的に接続する。ボンディングワイヤＢ９、Ｂ１０、Ｂ１１は、上部電極７１２ｇ、７１２ｈ、７１２ｉと配線パッドＰ５とを電気的に接続する。

【0072】

係る光半導体装置３は、光増幅器部５０に設けられる９個の上部電極７１２ａから上部電極７１２ｉと、３個の配線パッドＰ３、Ｐ４、Ｐ５とを有する。３個の上部電極７１２ａ、７１２ｂ、７１２ｃは配線パッドＰ３とワイヤ接続され、３個の上部電極７１２ｄ、７１２ｅ、７１２ｆは配線パッドＰ４とワイヤ接続され、３個の上部電極７１２ｇ、７１２ｈ、７１２ｉは配線パッドＰ５とワイヤ接続されている。この場合、３個の上部電極７１２ａ、７１２ｂ、７１２ｃが同電位となり、３個の上部電極７１２ｄ、７１２ｅ、７１２ｆが同電位となり、３個の上部電極７１２ｇ、７１２ｈ、７１２ｉが同電位となる。このため、光半導体装置３は、１つの光増幅器部５０が、光軸方向に沿って設けられる３個の光増幅器部５０ａ、５０ｂ、５０ｃとして機能する。光増幅器部５０ａ、５０ｂ、５０ｃは、レーザ部４０の側からこの順に設けられている。例えば、上部電極７１２ａから上部電極７１２ｉが光軸方向に沿って等間隔に分割され、かつ光軸方向における長さが互いに同じである場合、光増幅器部５０ａの長さと光増幅器部５０ｂの長さと光増幅器部５０ｃの長さとの比は１：１：１となる。

【0073】

以上に説明したように、光半導体装置２、３は配線パッドの数よりも多い数の複数の上部電極７１２を有する。この場合、光半導体素子１の実装時に各ボンディングワイヤを接続する位置を変更することによって同電位で駆動する上部電極７１２の数を決定できる。このため、同一の光半導体素子１を異なる駆動方法において利用できる。

【0074】

〔光半導体装置の製造方法〕
光半導体装置２の製造方法について説明する。光半導体装置２は、以下の方法によって製造できる。光半導体装置３についても光半導体装置２と同様の方法によって製造できる。

【0075】

まず、光半導体素子１およびサブマウントＳＭを準備する（以下「準備工程」という）。準備工程は、レーザ部４０と光増幅器部５０とを有する光半導体素子１を準備することを含む。準備工程は、複数の配線パッドＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４が設けられたサブマウントＳＭを準備することを含む。

【0076】

次に、サブマウントＳＭに光半導体素子１を実装する（以下「実装工程」という。）。実装工程は、半田、導電性接着剤等の接合材により、サブマウントＳＭに設けられた配線パッドＰ１上に光半導体素子１を固定し、下部電極７２と配線パッドＰ１とを電気的に接続することを含む。実装工程は、ボンディングワイヤＢ１、Ｂ２によって上部電極７１１と配線パッドＰ２とを接続することを含む。実装工程は、ボンディングワイヤによって複数の上部電極７１２ａ、７１２ｂ、７１２ｃ、７１２ｄ、７１２ｅ、７１２ｆ、７１２ｇ、７１２ｈ、７１２ｉのそれぞれを複数の配線パッドＰ３、Ｐ４のうちの１つと接続することを含む。この場合、光半導体素子１の実装時にボンディングワイヤを接続する位置を変更することよって同電位で駆動する電極数を決定できる。このため、同一の光半導体素子１を異なる駆動方法において利用できる。実装工程は、光半導体素子１の光出力の目標値に応じて、ボンディングワイヤを接続する位置を決定することを含んでよい。この場合、目標とする光出力ごとに電力変換効率を高めることができる。本実施形態では、実装工程は、ボンディングワイヤＢ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８によって上部電極７１２ａ、７１２ｂ、７１２ｃ、７１２ｄ、７１２ｅ、７１２ｆと配線パッドＰ３とを接続することを含む。本実施形態では、実装工程は、ボンディングワイヤＢ９、Ｂ１０、Ｂ１１によって上部電極７１２ｇ、７１２ｈ、７１２ｉと配線パッドＰ４とを接続することを含む。

【0077】

〔光半導体装置の駆動条件の決定方法〕
図８から図１１を参照し、光半導体装置３の駆動条件の決定方法について説明する。本実施形態では、光半導体素子１の光出力の目標値が２００ｍＷである場合を例示して説明する。図８は、光半導体装置３の駆動条件の決定方法を示すフローチャートである。

【0078】

図８に示されるように、光半導体装置３の駆動条件の決定方法は、ステップＳ１と、ステップＳ２とを有する。ステップＳ１は、光増幅器部５０ａに流す電流と、光増幅器部５０ｂ、５０ｃに流す合計の電流との比（以下「第１電流比」という。）を決定するステップである。ステップＳ２は、光増幅器部５０ｂに流す電流と、光増幅器部５０ｃに流す電流との比（以下「第２電流比」という。）を決定するステップである。

【0079】

ステップＳ１では、まず、レーザ部４０に電流を流してレーザ光を出射させ、第１電流比を１：１とした状態で光増幅器部５０ａ、５０ｂ、５０ｃに流す合計の電流を変化させながら、光半導体素子１の光出力および電力変換効率を測定する。これにより、第１電流比が１：１の場合における、光増幅器部５０ａ、５０ｂ、５０ｃに流す合計の電流と、光半導体素子１の光出力および電力変換効率との関係を示す第１関係情報を生成する。第１関係情報の一例を図９に示す。

【0080】

図９は、第１電流比を決定するステップを示す図である。図９は、第１電流比を１：１としたときの、光増幅器部５０ａ、５０ｂ、５０ｃに流す合計の電流と、光半導体素子１の光出力および電力変換効率（ＰＣＥ：Power Conversion Efficiency）との関係を示す図である。図９において、横軸は光増幅器部５０ａ、５０ｂ、５０ｃに流す合計の電流［Ａ］を示し、左の縦軸は光半導体素子１の光出力［ｍＷ］を示し、右の縦軸は光半導体素子１の電力変換効率［％］を示す。図９において、丸印は光出力を示し、三角印は電力変換効率を示す。

【0081】

次に、第１関係情報に基づいて、光出力の目標値を得るために必要な光増幅器部５０ａ、５０ｂ、５０ｃに流す合計の電流を求める。図９に示されるように、光出力の目標値である２００ｍＷを得るために必要な光増幅器部５０ａ、５０ｂ、５０ｃに流す合計の電流は０．６Ａであり、電力変換効率は２４％である。

【0082】

次に、第１電流比を１：５に変更した状態で、レーザ部４０に電流を流してレーザ光を出射させ、光増幅器部５０ａ、５０ｂ、５０ｃに流す合計の電流を変化させながら、光半導体素子１の光出力および電力変換効率を測定する。これにより、第１電流比が１：５の場合における、光増幅器部５０ａ、５０ｂ、５０ｃに流す合計の電流と、光半導体素子１の光出力および電力変換効率との関係を示す第２関係情報を生成する。第２関係情報の一例を図１０および図１１に示す。

【0083】

図１０および図１１は、第１電流比を決定するステップを示す図である。図１０および図１１は、第１電流比を１：５としたときの、光増幅器部５０ａ、５０ｂ、５０ｃに流す合計の電流と、光半導体素子１の光出力および電力変換効率との関係を示す図である。図１０および図１１において、横軸は光増幅器部５０ａ、５０ｂ、５０ｃに流す合計の電流［Ａ］を示し、左の縦軸は光半導体素子１の光出力［ｍＷ］を示し、右の縦軸は光半導体素子１の電力変換効率［％］を示す。図１０および図１１において、丸印は光出力を示し、三角印は電力変換効率を示す。

【0084】

次に、第２関係情報に基づいて、光増幅器部５０ａ、５０ｂ、５０ｃに流す合計の電流が０．６Ａの場合における光半導体素子１の光出力を求める。図１０に示されるように、光増幅器部５０ａ、５０ｂ、５０ｃに流す合計の電流が０．６Ａの場合における光半導体素子１の光出力は２３０ｍＷである。

【0085】

次に、第１電流比が１：５の場合において、光出力の目標値を得るために必要な光増幅器部５０ａ、５０ｂ、５０ｃに流す合計の電流を求める。図１１に示されるように、光出力の目標値である２００ｍＷを得るために必要な光増幅器部５０ａ、５０ｂ、５０ｃに流す合計の電流は０．５Ａであり、電力変換効率は２７％である。すなわち、第１電流比を１：１から１：５に変更することにより、光半導体素子１を２００ｍＷの出力で駆動させる際の電力変換効率が２４％から２７％に改善する。

【0086】

次に、第１電流比をさらに別の比率に変更した状態で、図１０および図１１に示される方法と同じ手順で電力変換効率を求め、電力変換効率が収束するまで繰り返し、最大の電力変換効率が得られる場合の第１電流比を決定し、ステップＳ１を終了する。

【0087】

ステップＳ２では、第１電流比の決定方法と同様の方法によって、第２電流比を決定する。

【0088】

以上のステップＳ１およびステップＳ２により、光半導体素子１を２００ｍＷで駆動させる場合の電力変換効率を最適化できる。

【0089】

本実施形態では、光半導体素子１を２００ｍＷで駆動させる場合の電力変換効率を最適化する場合を例示して説明したが、これに限定されない。光半導体素子１を２００ｍＷ以外の光出力で駆動させる場合についても同様に電力変換効率を最適化できる。

【0090】

本実施形態では、光増幅器部５０が３個の光増幅器部５０ａ、５０ｂ、５０ｃを含む場合を例示して説明したが、これに限定されない。例えば、光増幅器部５０が２個の光増幅器部を含む場合や、光増幅器部５０が４個以上の光増幅器部を含む場合においても同様に、光半導体素子１の電力変換効率を最適化できる。

【0091】

〔実験結果〕
実施形態に係る光半導体素子１を用いた実験結果について説明する。

【0092】

（キャリア密度およびフォトン密度）
まず、実施形態に係る光半導体素子１を準備した。図１２は、実験に用いた光半導体素子１を示す概略図である。図１２に示されるように、光半導体素子１は、レーザ部４０と、光増幅器部５０とを有する。レーザ部４０には、上部電極７１１が設けられている。光増幅器部５０には、分割された２つの上部電極７１２ａ、７１２ｂが設けられている。光増幅器部５０は、上部電極７１２ａが設けられる光増幅器部５０ａと、上部電極７１２ｂが設けられる光増幅器部５０ｂとを含む。

【0093】

次に、レーザ部４０に電流を流してレーザ光を出射させ、光増幅器部５０ａ、５０ｂに電流を流しながら、光半導体素子１内のキャリア密度およびフォトン密度を測定した。光増幅器部５０ａに流す電流と光増幅器部５０ｂに流す電流との比（以下「電流比」という。）は、１：３または１：１とした。

【0094】

図１３は、光半導体素子１内のキャリア密度を示す図である。図１４は、光半導体素子１内のフォトン密度を示す図である。図１３および図１４における横軸は、光半導体素子１の位置［μｍ］を示す。光半導体素子１の位置は、第２端面３１Ｂから第１端面３１Ａまでの［０－１－１］方向に平行な方向に沿った位置［μｍ］である。図１３における縦軸は光半導体素子１のキャリア密度［ｍ^－３］を示し、図１４における縦軸は光半導体素子１のフォトン密度［ｍ^－３］を示す。図１３および図１４において、実線は電流比が１：３の場合を示し、破線は電流比が１：１の場合を示す。

【0095】

図１３および図１４に示されるように、電流比が１：３の場合、電流比が１：１の場合と比べて、光増幅器部５０ｂにおけるキャリア密度およびフォトン密度が高くなることが分かる。この結果から、光増幅器部５０ｂに流す電流を光増幅器部５０ａに流す電流よりも大きくすることにより、光増幅器部５０ｂにおいてレーザ光を増幅できることが示された。これに対し、光増幅器部５０ａ、５０ｂに同じ電流を流した場合、光増幅器部５０ｂにおけるフォトン密度が飽和し、レーザ光をほとんど増幅できないことが示された。

【0096】

（光出力および電力変換効率）
まず、図１２に示される光半導体素子１を準備した。次に、レーザ部４０に電流を流してレーザ光を出射させ、光増幅器部５０ａ、５０ｂに流す合計の電流を変化させながら、光半導体素子１の光出力および電力変換効率を測定した。電流比は、１：４または１：１とした。

【0097】

図１５は、光増幅器部５０ａ、５０ｂに流す合計の電流と光出力および電力変換効率との関係を示す図である。図１５において、横軸は光増幅器部５０ａ、５０ｂに流す合計の電流［Ａ］を示し、左の縦軸は光半導体素子１の光出力［ｍＷ］を示し、右の縦軸は光半導体素子１の電力変換効率［％］を示す。図１５において、丸印は光出力を示し、三角印は電力変換効率を示す。図１５において、実線は電流比が１：４の場合を示し、破線は電流比が１：１の場合を示す。

【0098】

図１５に示されるように、電流比を変更することにより、光増幅器部５０ａ、５０ｂに流す合計の電流と、光半導体素子１の光出力および電力変換効率との関係性が変化することが分かる。例えば、電流比を１：４にすると低い光出力（例えば１５０ｍＷ以下）での電力変換効率を改善でき、電流比を１：１にすると高い光出力（例えば５００ｍＷ超）が得られる。すなわち、同一の光半導体素子１において、高い光出力（例えば５００ｍＷ超）が可能でありながら、低い光出力（例えば１５０ｍＷ以下）での電力変換効率を改善できる。このように、分割された複数の上部電極７１２が設けられる光半導体素子１によれば、光出力の目標値に応じて電力変換効率を最適化できる。

【0099】

これに対し、上部電極７１２が分割されずに１個である場合、光増幅器部５０に流す電流と、光半導体素子１の光出力および電力変換効率との関係性が変化しない。このため、光出力の目標値に応じて光半導体素子１の電力変換効率を最適化することは困難である。

【0100】

〔光半導体素子の変形例〕
図１６を参照し、実施形態の変形例に係る光半導体素子５について説明する。図１６は、実施形態の変形例に係る光半導体素子５を示す断面図である。図１６は、図１中のXVI-XVI線に沿った断面図に相当する。以下、実施形態に係る光半導体素子１と異なる構成を中心に説明する。

【0101】

光半導体素子５は、基板２０と、半導体層３０と、コンタクト層８４と、コンタクト電極８６と、絶縁膜９１と、下地金属膜８７と、上部電極７１と、下部電極７２とを有する。

【0102】

基板２０は、例えばｎ型のＩｎＰ基板である。基板２０は、第１主面２０Ａと、第１主面２０Ａとは反対の第２主面２０Ｂとを有する。

【0103】

半導体層３０は、第１主面２０Ａの上に設けられている。半導体層３０は、回折格子層３３と、ｎ型クラッド層３４と、活性層３５と、ｐ型クラッド層３６とを有する。回折格子層３３は、例えばＧａＩｎＡｓＰ層である。ｎ型クラッド層３４は、例えばｎ型のＩｎＰ層である。活性層３５は、量子井戸層と、量子井戸層を間に挟む２つの障壁層とを有する。量子井戸層は、例えばＧａＩｎＡｓＰ層である。障壁層は、例えばＧａＩｎＡｓＰ層である。ｐ型クラッド層３６は、例えばｐ型のＩｎＰ層である。

【0104】

コンタクト層８４は、半導体層３０の上に設けられている。コンタクト層８４は、ｐ型のＧａＩｎＡｓＰ層と、ｐ型のＩｎＧａＡｓ層とを有する。ＧａＩｎＡｓＰ層は、ｐ型クラッド層３６の上に設けられている。ＩｎＧａＡｓ層は、ＧａＩｎＡｓＰ層の上に設けられている。

【0105】

コンタクト層８４は、コンタクト層８４１と、コンタクト層８４２とを含む。コンタクト層８４１は、レーザ部４０に設けられる。コンタクト層８４２は、光増幅器部５０に設けられる。コンタクト層８４１とコンタクト層８４２とは、第１分離溝１２１によって分割されている。コンタクト層８４１とコンタクト層８４２とは、絶縁分離されている。

【0106】

コンタクト層８４１は、第１端部８４１ａを有する。第１端部８４１ａは、コンタクト層８４１の第１分離溝１２１の側面のうちコンタクト層８４１の厚さの半分の位置における接線Ｌ１と、ｐ型クラッド層３６の上面とが交わる位置である。

【0107】

コンタクト層８４２は、第２端部８４２ａを有する。第２端部８４２ａは、コンタクト層８４２の第１分離溝１２１の側面のうちコンタクト層８４２の厚さの半分の位置における接線Ｌ２と、ｐ型クラッド層３６の上面とが交わる位置である。

【0108】

第１分離溝１２１の幅Ａ１は、５μｍ以上１０μｍ以下であってよい。５μｍ以上の場合、互いに隣り合うコンタクト層８４１とコンタクト層８４２との間において高い絶縁性を確保しやすい。１０μｍ以下の場合、半導体層３０における光吸収を低減しやすい。第１分離溝１２１の幅Ａ１は、光軸方向における第１端部８４１ａと第２端部８４２ａとの間の距離である。

【0109】

回折格子層３３は、第１領域３３ａと、第２領域３３ｂとを有する。第１領域３３ａは、光軸方向に沿って一定の周期の回折格子が形成された領域である。第２領域３３ｂは、回折格子が形成されていない領域である。第１領域３３ａは、光軸方向において第２領域３３ｂよりも光増幅器部５０から遠くに位置する。この場合、第１領域３３ａを、電流が注入されない非注入領域３５ａから遠ざけることができる。非注入領域３５ａは、活性層３５のうち、平面視でコンタクト層８４と重ならない領域である。

【0110】

第１領域３３ａと第２領域３３ｂとの境界は、光軸方向において第１端部８４１ａよりも光増幅器部５０から遠くに位置する。この場合、第１領域３３ａを非注入領域３５ａから遠ざけることができる。非注入領域３５ａでは、光吸収によって効率が低下する。第１領域３３ａを非注入領域３５ａから遠ざけることで、光は非注入領域３５ａを１度しか通過しなくなり、非注入領域３５ａにおける光吸収を低減できる。

【0111】

光軸方向における、第１領域３３ａと第２領域３３ｂとの境界と、第１端部８４１ａとの距離Ａ５は、５μｍ以上１０μｍ以下であってよい。５μｍ以上の場合、光半導体素子５を製造する際のアライメントずれの影響を受けにくい。１０μｍ以下の場合、光半導体素子５の特性への影響が生じにくい。

【0112】

コンタクト電極８６は、コンタクト層８４の上に設けられている。コンタクト電極８６は、例えばＡｕＺｎ膜またはＴｉＰｔＡｕ膜である。コンタクト電極８６は、コンタクト電極８６１と、コンタクト電極８６２とを含む。コンタクト電極８６１は、レーザ部４０に設けられる。コンタクト電極８６２は、光増幅器部５０に設けられる。コンタクト電極８６１とコンタクト電極８６２とは、第２分離溝１２２によって分割されている。コンタクト電極８６１とコンタクト電極８６２とは、絶縁分離されている。

【0113】

コンタクト電極８６１は、光軸方向においてコンタクト電極８６２に近い第３端部８６１ａを有する。第３端部８６１ａは、光軸方向において第１端部８４１ａよりも光増幅器部５０から遠くに位置する。コンタクト電極８６２は、光軸方向においてコンタクト電極８６１に近い第４端部８６２ａを有する。第４端部８６２ａは、光軸方向において第２端部８４２ａよりもレーザ部４０から遠くに位置する。第２分離溝１２２の幅Ａ２は、第１分離溝１２１の幅Ａ１よりも広くてよい。第２分離溝１２２の幅Ａ２は、光軸方向における第３端部８６１ａと第４端部８６２ａとの間の距離である。

【0114】

絶縁膜９１は、コンタクト電極８６の上に設けられている。絶縁膜９１は、例えば酸化ケイ素膜、酸窒化ケイ素膜または窒化ケイ素膜である。絶縁膜９１は、第１分離溝１２１および第２分離溝１２２を覆う。絶縁膜９１は、第１分離溝１２１によって露出する半導体層３０の上面と、第２分離溝１２２によって露出するコンタクト層８４１、８４２の上面および側面と、コンタクト電極８６１、８６２の上面および側面とを覆う。この場合、半導体層３０、コンタクト層８４、コンタクト電極８６への水分の侵入が防止される。そのため、光半導体素子５の耐湿性が向上する。

【0115】

下地金属膜８７は、コンタクト電極８６の上面と、絶縁膜９１の側面および上面の一部とを覆う。下地金属膜８７は、例えばＴｉＷ膜である。下地金属膜８７は、下地金属膜８７１と、下地金属膜８７２とを含む。下地金属膜８７１は、レーザ部４０に設けられる。下地金属膜８７２は、光増幅器部５０に設けられる。下地金属膜８７１と下地金属膜８７２とは、第３分離溝１２３によって分割されている。下地金属膜８７１と下地金属膜８７２とは、絶縁分離されている。第３分離溝１２３の幅Ａ３は、第１分離溝１２１の幅Ａ１よりも広くてよい。第３分離溝１２３の幅Ａ３は、第２分離溝１２２の幅Ａ２よりも狭くてよい。

【0116】

上部電極７１は、下地金属膜８７の上に設けられる。上部電極７１は、下地金属膜８７を覆う。上部電極７１は、例えばＡｕ電極である。上部電極７１は、上部電極７１１と、上部電極７１２とを含む。上部電極７１１は、レーザ部４０に設けられる。上部電極７１２は、光増幅器部５０に設けられる。上部電極７１１と上部電極７１２とは、第４分離溝１２４によって分割されている。上部電極７１１と上部電極７１２とは、絶縁分離されている。第４分離溝１２４の幅Ａ４は、第３分離溝１２３の幅Ａ３と同じであってよい。

【0117】

下部電極７２は、第２主面２０Ｂの下に設けられている。下部電極７２は、基板２０に接する。下部電極７２は、例えばＡｕＧｅ電極、ＴｉＰｔＡｕ電極である。

【0118】

以上、図１６の例では、互いに隣り合うレーザ部４０と光増幅器部５０との間における分離構造を説明したが、光増幅器部５０において互いに隣り合う上部電極７１２間における分離構造についても同様であってよい。この場合も同様に、半導体層３０、コンタクト層８４、コンタクト電極８６への水分の侵入が防止される。そのため、光半導体素子５の耐湿性が向上する。

【0119】

〔変形例に係る光半導体素子の製造方法〕
図１７から図３１を参照し、実施形態の変形例に係る光半導体素子５の製造方法について説明する。図１７から図３１は、実施形態の変形例に係る光半導体素子５の製造方法を示す断面図である。

【0120】

まず、図１７に示されるように、第１主面２０Ａおよび第２主面２０Ｂを有する基板２０を準備する。次に、第１主面２０Ａの上に回折格子層３３を形成する。レーザ部４０に含まれる部分では、回折格子層３３に回折格子を形成し、光増幅器部５０に含まれる部分では、回折格子層３３により基板２０の上面の全体を覆う。これにより、第１領域３３ａおよび第２領域３３ｂが形成される。次に、回折格子層３３の上にｎ型クラッド層３４を形成する。ｎ型クラッド層３４は、回折格子層３３を覆う。

【0121】

次に、図１８に示されるように、ｎ型クラッド層３４の上に活性層３５を形成し、活性層３５の上にｐ型クラッド層３６を形成する。

【0122】

次に、図１９に示されるように、ｐ型クラッド層３６の上にコンタクト層８４を形成する。

【0123】

次に、図２０に示されるように、コンタクト層８４の上にマスク６１を形成する。マスク６１は、第１分離溝１２１を形成する領域上に開口を有する。マスク６１は、例えば酸化ケイ素膜６１ａとレジスト膜６１ｂとの積層膜である。酸化ケイ素膜６１ａの代わりに、酸窒化ケイ素膜、窒化ケイ素膜であってもよい。次に、マスク６１をエッチングマスクとして用いて、コンタクト層８４のウェットエッチングを行う。これにより、コンタクト層８４に第１分離溝１２１が形成される。ウェットエッチングでは、塩酸、硫酸、過酸化水素水等の混合液によりコンタクト層８４を除去できる。この場合、ＩｎＰとＧａＩｎＡｓＰのエッチング選択性により深さ制御が容易である。具体的には、ｐ型クラッド層３６の上面でエッチングを停止できる。ウェットエッチングでは、表面に凹凸がある場合でも凹凸形状に追従してコンタクト層８４を除去できる。ウェットエッチングに代えて、コンタクト層８４にドライエッチングを行ってもよい。ドライエッチングとしては、例えば四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ_４）を用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）を行う。

【0124】

次に、図２１に示されるように、マスク６１を除去する。

【0125】

次に、図２２に示されるように、マスク６２を形成する。マスク６２は、コンタクト電極８６を形成する領域上に開口を有する。マスク６２は、例えばレジスト膜である。次に、マスク６２から露出するコンタクト層８４の上にコンタクト電極８６を形成する。

【0126】

次に、図２３に示されるように、マスク６２を除去する。これにより、コンタクト電極８６に第２分離溝１２２が形成される。次に、図示しないトレンチを形成する。トレンチは、例えばエッチングマスク（図示せず）を用いたドライエッチングにより形成できる。ドライエッチングとしては、例えばＳｉＣｌ_４を用いたＲＩＥを行う。

【0127】

次に、図２４に示されるように、第１分離溝１２１によって露出するｐ型クラッド層３６の上面と、第２分離溝１２２によって露出するコンタクト層８４の上面および側面と、コンタクト電極８６の上面および側面とを覆う絶縁膜９１を形成する。絶縁膜９１は、例えばプラズマＣＶＤ（ＰＥ－ＣＶＤ：Plasma Enhanced - Chemical Vapor Deposition）法により形成できる。

【0128】

次に、図２５に示されるように、絶縁膜９１の上にマスク６３を形成する。マスク６３は、第１分離溝１２１および第２分離溝１２２を覆う領域上に形成される。マスク６３は、例えばレジスト膜である。次に、マスク６３をエッチングマスクとして用いて、絶縁膜９１のエッチングを行う。

【0129】

次に、図２６に示されるように、マスク６３を除去する。次に、コンタクト電極８６の上面と、絶縁膜９１の上面および側面とを覆う下地金属膜８７を形成する。下地金属膜８７は、例えばスパッタ法により形成できる。

【0130】

次に、図２７に示されるように、下地金属膜８７の上にマスク６４を形成する。マスク６４は、上部電極７１を形成する領域上に開口を有する。マスク６４は、例えばレジスト膜である。次に、マスク６４から露出する下地金属膜８７の上に上部電極７１を形成する。上部電極７１は、例えばめっき法により形成できる。

【0131】

次に、図２８に示されるように、マスク６４を除去する。これにより、上部電極７１に第４分離溝１２４が形成される。

【0132】

次に、図２９に示されるように、第４分離溝１２４から露出する下地金属膜８７を除去する。これにより、下地金属膜８７に第３分離溝１２３が形成される。下地金属膜８７は、例えばドライエッチングにより除去できる。ドライエッチングとしては、例えばイオンミリング、ＲＩＥを行う。この場合、上部電極７１へのサイドエチングが入りにくい。すなわち、第４分離溝１２４の側面がエッチングされにくい。ドライエッチングに代えて、ウェットエッチングにより、第４分離溝１２４から露出する下地金属膜８７を除去してもよい。下地金属膜８７は、例えばフッ酸（ＨＦ）を用いて除去できる。

【0133】

次に、図３０に示されるように、基板２０を第２主面２０Ｂから研磨する。

【0134】

次に、図３１に示されるように、第２主面２０Ｂの下に基板２０に接する下部電極７２を形成する。

【0135】

このようにして、実施形態の変形例に係る光半導体素子５を製造できる。

【0136】

以上、実施形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形および変更が可能である。

【符号の説明】

【0137】

１、５：光半導体素子
２、３：光半導体装置
２０：基板
２０Ａ：第１主面
２０Ｂ：第２主面
３０、８０：半導体層
３１：メサ
３１Ａ：第１端面
３１Ｂ：第２端面
３２：バッファ層
３３：回折格子層
３３ａ：第１領域
３３ｂ：第２領域
３４：ｎ型クラッド層
３５：活性層
３５ａ：非注入領域
３６：ｐ型クラッド層
４０：レーザ部
５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ：光増幅器部
５１：テーパ部
５２：平行部
６１、６２、６３、６４：マスク
６１ａ：酸化ケイ素膜
６１ｂ：レジスト膜
７１、７１１、７１２、７１２ａ、７１２ｂ、７１２ｃ、７１２ｄ、７１２ｅ、７１２ｆ、７１２ｇ、７１２ｈ、７１２ｉ：上部電極
７２：下部電極
８１：ｐ型ブロック層
８２：ｎ型ブロック層
８３：ｐ型半導体層
８４、８４１、８４２：コンタクト層
８４１ａ：第１端部
８４２ａ：第２端部
８５：トレンチ
８６、８６１、８６２：コンタクト電極
８６１ａ：第３端部
８６２ａ：第４端部
８７、８７１、８７２：下地金属膜
９１：絶縁膜
９２：開口部
９３：反射防止膜
９４：高反射膜
１１１：第１面
１１２：第２面
１１３：第３面
１１４：第４面
１１５：第５面
１１６：第６面
１２１：第１分離溝
１２２：第２分離溝
１２３：第３分離溝
１２４：第４分離溝
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４：幅
Ａ５：距離
Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８、Ｂ９、Ｂ１０、Ｂ１１：ボンディングワイヤ
Ｌ１、Ｌ２：接線
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５：配線パッド
ＳＭ：サブマウント
Ｗ１：第１距離
Ｗ２：第２距離
Ｗ３：第３距離
θ１３、θ１４、θ１５、θ１６：角度

【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】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】