特開 2024-706 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】P2024000706

(43)【公開日】2024-01-09

(54)【発明の名称】半導体光素子

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/0232 20140101AFI20231226BHJP

   H01L 31/10 20060101ALI20231226BHJP

   G02B 6/12 20060101ALI20231226BHJP

   G02B 6/122 20060101ALI20231226BHJP

【ＦＩ】

H01L31/02 D

H01L31/10 A

G02B6/12 301

G02B6/122 311

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022099561

(22)【出願日】2022-06-21

(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

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100136722

【弁理士】

【氏名又は名称】▲高▼木 邦夫

(74)【代理人】

【識別番号】100174399

【弁理士】

【氏名又は名称】寺澤 正太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100140453

【弁理士】

【氏名又は名称】戸津 洋介

(72)【発明者】

【氏名】沖本 拓也

(72)【発明者】

【氏名】米田 昌博

【テーマコード（参考）】

2H147

5F149

5F849

【Ｆターム（参考）】

2H147AB05

2H147AB10

2H147AB24

2H147BA06

2H147BB05

2H147CA27

2H147DA08

2H147DA19

2H147EA12A

2H147EA12B

2H147EA12C

2H147FC01

2H147GA11

2H147GA19

5F149AA03

5F149AA04

5F149AB07

5F149DA06

5F149GA06

5F149HA20

5F149JA14

5F149XB05

5F849AA03

5F849AA04

5F849AB07

5F849DA06

5F849GA06

5F849HA20

5F849JA14

5F849XB05

(57)【要約】

【課題】スポットサイズ変換部と光検出部との間における光の散乱を抑制できる半導体光素子を提供する。
【解決手段】半導体光素子は、基板とスポットサイズ変換部と光検出部とを備え、スポットサイズ変換部は、コア層と、第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層とを備え、コア層は、基板と第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層との間に配置され、光検出部は、光吸収層と、第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層と、絶縁膜とを備え、光吸収層は、基板と第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層との間に配置され、第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、光吸収層と絶縁膜との間に配置され、光吸収層は、コア層に光学的に結合され、スポットサイズ変換部は、光検出部に接続される第１端面と、第１端面とは反対の第２端面と、を備え、第１端面において、第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層及び絶縁膜に接続される。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１領域及び前記第１領域に隣り合う第２領域を含む主面を備える基板と、
前記第１領域上に設けられるスポットサイズ変換部と、
前記第２領域上に設けられる光検出部と、
を備え、
前記スポットサイズ変換部は、コア層と、第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層とを備え、前記コア層は、前記基板と前記第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層との間に配置され、
前記光検出部は、光吸収層と、第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層と、絶縁膜とを備え、前記光吸収層は、前記基板と前記第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層との間に配置され、前記第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、前記光吸収層と前記絶縁膜との間に配置され、
前記光吸収層は、前記コア層に光学的に結合され、
前記スポットサイズ変換部は、前記光検出部に接続される第１端面と、前記第１端面とは反対の第２端面と、を備え、
前記第１端面において、前記第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、前記第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層及び前記絶縁膜に接続される、半導体光素子。

【請求項2】

前記第２端面において、前記第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は上面及び側面を有し、
前記第２端面において、前記コア層は上面及び側面を有し、
前記第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、前記コア層の前記上面及び前記側面を覆い、
前記主面に直交する第１方向における前記コア層の前記上面と前記第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層の前記上面との間の距離をＹＤ、前記第１方向に直交する第２方向における前記コア層の前記側面と前記第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層の前記側面との間の距離をＸＤとすると、０．９≦ＸＤ／ＹＤ≦１．１が満たされる、請求項１に記載の半導体光素子。

【請求項3】

前記第２端面において、前記コア層は上面及び側面を有し、
前記コア層の前記上面の長さをＸＣ、前記コア層の前記側面の長さをＹＣとすると、０．９≦ＸＣ／ＹＣ≦１．１が満たされる、請求項１又は請求項２に記載の半導体光素子。

【請求項4】

前記光検出部は、前記第１端面に接続される第３端面を備え、
前記第３端面における前記主面から前記絶縁膜の上面までの距離は、前記第１端面における前記主面から前記第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層の上面までの距離以上である、請求項１又は請求項２に記載の半導体光素子。

【請求項5】

電極を更に備え、
前記絶縁膜は開口を有し、
前記電極は、前記開口を通って前記第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層に接続される、請求項１又は請求項２に記載の半導体光素子。

【請求項6】

前記絶縁膜は、酸化チタンを含む、請求項１又は請求項２に記載の半導体光素子。

【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】

特許文献１は、基板と、基板上に形成された光検出部と、基板上に形成された導波路とを備える半導体受光装置を開示する。導波路は、光検出部の受光層に光を入射させる。

【0003】

特許文献２は、基板と、スポットサイズ変換部と、導波路部と、フォトダイオード部とを備える半導体光素子を開示する。スポットサイズ変換部、導波路部及びフォトダイオード部は基板上に設けられる。導波路部は、スポットサイズ変換部とフォトダイオード部との間に配置される。スポットサイズ変換部は、コア層と、コア層上の上部クラッド層とを備える。上部クラッド層の厚みは、導波路軸の方向に変化する。フォトダイオード部は、光吸収層と、上部クラッド層とを備える。光は、コア層から導波路部を通って光吸収層に到達する。

【0004】

非特許文献１は、基板と、スポットサイズ変換部と、フォトダイオード部とを備える半導体光素子を開示する。スポットサイズ変換部は、コア層と、コア層上の上部クラッド層とを備える。フォトダイオード部は、光吸収層と、上部クラッド層と、コンタクト層とを備える。スポットサイズ変換部のコア層はフォトダイオード部の光吸収層に接続される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００１－１２７３３３号公報

【特許文献2】特開２０１４－２２０４１３号公報

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】T. Okimoto, et al, "106-Gb/sWaveguide AlInAs/GaInAs Avalanche Photodiode with Butt-joint CouplingStructure" Optical Fiber Communication Conference (OFC) 2022, paper W3D.2.https://doi.org/10.1364/OFC.2022.W3D.2

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

スポットサイズ変換部のコア層がフォトダイオード部の光吸収層に接続される場合、スポットサイズ変換部の上部クラッド層は、半導体の再成長により、フォトダイオード部の上部クラッド層よりも厚くなることがある。その場合、フォトダイオード部に接続されるスポットサイズ変換部の出射端面において段差が形成され、スポットサイズ変換部の上部クラッド層が露出する。これにより、フォトダイオード部に接続されるスポットサイズ変換部の出射端面において、上部クラッド層から外部への光の散乱が生じる。

【0008】

本開示は、スポットサイズ変換部と光検出部との間における光の散乱を抑制できる半導体光素子を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本開示の一側面に係る半導体光素子は、第１領域及び前記第１領域に隣り合う第２領域を含む主面を備える基板と、前記第１領域上に設けられるスポットサイズ変換部と、前記第２領域上に設けられる光検出部と、を備え、前記スポットサイズ変換部は、コア層と、第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層とを備え、前記コア層は、前記基板と前記第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層との間に配置され、前記光検出部は、光吸収層と、第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層と、絶縁膜とを備え、前記光吸収層は、前記基板と前記第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層との間に配置され、前記第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、前記光吸収層と前記絶縁膜との間に配置され、前記光吸収層は、前記コア層に光学的に結合され、前記スポットサイズ変換部は、前記光検出部に接続される第１端面と、前記第１端面とは反対の第２端面と、を備え、前記第１端面において、前記第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、前記第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層及び前記絶縁膜に接続される。

【発明の効果】

【0010】

本開示によれば、スポットサイズ変換部と光検出部との間における光の散乱を抑制できる半導体光素子が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、一実施形態に係る半導体光素子を模式的に示す平面図である。

【図2】図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。

【図3】図３は、一実施形態に係る半導体光素子の端面を示す図である。

【図4】図４は、一実施形態に係る半導体光素子の製造方法の一工程を示す斜視図である。

【図5】図５は、一実施形態に係る半導体光素子の製造方法の一工程を示す斜視図である。

【図6】図６は、一実施形態に係る半導体光素子の製造方法の一工程を示す平面図である。

【図7】図７は、一実施形態に係る半導体光素子の製造方法の一工程を示す平面図である。

【図8】図８は、一実施形態に係る半導体光素子の製造方法の一工程を示す平面図である。

【図9】図９は、図８のＩＸ－ＩＸ線に沿った断面図である。

【図10】図１０は、図８のＸ－Ｘ線に沿った断面図である。

【図11】図１１は、一実施形態に係る半導体光素子の製造方法の一工程を示す断面図である。

【図12】図１２は、一実施形態に係る半導体光素子の製造方法の一工程を示す断面図である。

【図13】図１３は、一実施形態に係る半導体光素子の製造方法の一工程を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施形態を列記して説明する。
（１）第１領域及び前記第１領域に隣り合う第２領域を含む主面を備える基板と、前記第１領域上に設けられるスポットサイズ変換部と、前記第２領域上に設けられる光検出部と、を備え、前記スポットサイズ変換部は、コア層と、第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層とを備え、前記コア層は、前記基板と前記第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層との間に配置され、前記光検出部は、光吸収層と、第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層と、絶縁膜とを備え、前記光吸収層は、前記基板と前記第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層との間に配置され、前記第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、前記光吸収層と前記絶縁膜との間に配置され、前記光吸収層は、前記コア層に光学的に結合され、前記スポットサイズ変換部は、前記光検出部に接続される第１端面と、前記第１端面とは反対の第２端面と、を備え、前記第１端面において、前記第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、前記第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層及び前記絶縁膜に接続される、半導体光素子。

【0013】

上記半導体光素子によれば、第１端面における第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層から外部への光の散乱を絶縁膜により抑制できる。そのため、スポットサイズ変換部と光検出部との間における光の散乱を抑制できる。

【0014】

（２）上記（１）において、前記第２端面において、前記第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は上面及び側面を有してもよく、前記第２端面において、前記コア層は上面及び側面を有してもよく、前記第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、前記コア層の前記上面及び前記側面を覆ってもよく、前記主面に直交する第１方向における前記コア層の前記上面と前記第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層の前記上面との間の距離をＹＤ、前記第１方向に直交する第２方向における前記コア層の前記側面と前記第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層の前記側面との間の距離をＸＤとすると、０．９≦ＸＤ／ＹＤ≦１．１が満たされてもよい。この場合、スポットサイズ変換部の偏波依存性を低減できる。

【0015】

（３）上記（１）又は（２）において、前記第２端面において、前記コア層は上面及び側面を有してもよく、前記コア層の前記上面の長さをＸＣ、前記コア層の前記側面の長さをＹＣとすると、０．９≦ＸＣ／ＹＣ≦１．１が満たされてもよい。この場合、スポットサイズ変換部の偏波依存性を低減できる。

【0016】

（４）上記（１）から（３）のいずれか１つにおいて、前記光検出部は、前記第１端面に接続される第３端面を備えてもよく、前記第３端面における前記主面から前記絶縁膜の上面までの距離は、前記第１端面における前記主面から前記第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層の上面までの距離以上であってもよい。この場合、第１端面における第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層から外部への光の散乱をさらに抑制できる。

【0017】

（５）上記（１）から（４）のいずれか１つにおいて、半導体光素子は、電極を更に備えてもよく、前記絶縁膜は開口を有してもよく、前記電極は、前記開口を通って前記第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層に接続されてもよい。

【0018】

（６）上記（１）から（５）のいずれか１つにおいて、前記絶縁膜は、酸化チタンを含んでもよい。この場合、絶縁膜の屈折率を大きくできる。

【0019】

［本開示の実施形態の詳細］
以下、添付図面を参照しながら本開示の実施形態が詳細に説明される。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。図面には必要に応じてＸＹＺ座標系が示される。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向は、互いに交差（例えば直交）する。

【0020】

（半導体光素子）
図１は、一実施形態に係る半導体光素子を模式的に示す平面図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。図１及び図２に示される半導体光素子１００は、基板１０と、スポットサイズ変換部２０と、光検出部３０とを備える。

【0021】

基板１０は、第１領域Ｒ１及び第１領域Ｒ１に隣り合う第２領域Ｒ２を含む主面１０ａを備える。第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２は、Ｚ軸方向に沿って配列されてもよい。第２領域Ｒ２は第１領域Ｒ１に接触してもよい。基板１０は、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体基板であってもよい。基板１０は、インジウムリン（ＩｎＰ）基板であってもよい。基板１０は、半絶縁性ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体基板と、半絶縁性ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体基板上に設けられた第１導電型ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層とを備えてもよい。この場合、第１導電型ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層が主面１０ａを有する。第１導電型は例えばｎ型である。第１導電型ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層に電極が接続されてもよい。

【0022】

スポットサイズ変換部２０は、第１領域Ｒ１上に設けられる。スポットサイズ変換部２０は、メサ構造を有してもよい。スポットサイズ変換部２０は、コア層２１と、第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層２２とを備える。コア層２１は、基板１０と第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層２２との間に配置される。コア層２１及び第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層２２はメサ構造に含まれてもよい。コア層２１は、ｉ型ガリウムインジウムヒ素リン（ＧａＩｎＡｓＰ）層であってもよい。コア層２１は、波長１．３１μｍ又は１．５５μｍの光に対して３．２から３．４の屈折率を有してもよい。コア層２１の屈折率が大きくなると、スポットサイズ変換部２０における光閉じ込め効果が大きくなる。よって、コア層２１の屈折率を大きくする場合、コア層２１の上面及び側面の長さを小さくすることによって、コア層２１と光吸収層３２との間の光結合効率を高められる。

【0023】

第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層２２は、クラッド層であってもよい。第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層２２は、第１半導体層２２ａ及び第２半導体層２２ｂを備えてもよい。第１半導体層２２ａは、ｉ型ＩｎＰ層であってもよい。第２半導体層２２ｂは、ｉ型ＩｎＰ層であってもよい。第１半導体層２２ａは、Ｚ軸方向において一定の厚みを有してもよい。第２半導体層２２ｂは、Ｚ軸方向において、第１領域Ｒ１から第２領域Ｒ２に向かうに連れて徐々に小さくなる厚みを有してもよい。Ｚ軸方向は、コア層２１の光軸方向であってもよい。第２半導体層２２ｂは、第１半導体層２２ａの側面及びコア層２１の側面を覆ってもよい。

【0024】

光検出部３０は、第２領域Ｒ２上に設けられる。光検出部３０は、メサ構造を有してもよい。光検出部３０は、光吸収層３２と、第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層３４と、絶縁膜３６とを備える。光吸収層３２は、基板１０と第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層３４との間に配置される。第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層３４は、光吸収層３２と絶縁膜３６との間に配置される。光吸収層３２、第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層３４及び絶縁膜３６はメサ構造に含まれてもよい。光吸収層３２は、コア層２１に光学的に結合される。光吸収層３２は、ｉ型ガリウムインジウムヒ素（ＧａＩｎＡｓ）層であってもよい。コア層２１と光吸収層３２との間の光結合効率を最大化するように、コア層２１の屈折率が調整されてもよい。

【0025】

第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層３４は、クラッド層及びコンタクト層を含んでもよい。クラッド層は、コア層２１とコンタクト層との間に配置される。第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層３４は、第２導電型ＩｎＰ層と、第２導電型ＧａＩｎＡｓ層とを含んでもよい。第２導電型は例えばｐ型である。

【0026】

絶縁膜３６は開口３６ａを有してもよい。絶縁膜３６の厚みは、０．３μｍ以上であってもよいし、０．６μｍ以下であってもよい。絶縁膜３６は、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、シリコン窒化物（Ｓｉ_３Ｎ_４）、シリコン酸窒化物（ＳｉＯＮ）及びシリコン酸化物（ＳｉＯ_２）のうち少なくとも１つを含んでもよい。絶縁膜３６は、波長１．３１μｍ又は１．５５μｍの光に対して１．４以上の屈折率を有してもよい。

【0027】

光検出部３０は、光吸収層３２及び第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層３４の側面を覆う埋込領域３８を備えてもよい。埋込領域３８は、第２半導体層２２ｂに含まれるＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体と同じＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を含んでもよい。

【0028】

スポットサイズ変換部２０は、光検出部３０に接続される第１端面Ｅ１と、第１端面Ｅ１とは反対の第２端面Ｅ２とを備える。第１端面Ｅ１は光出射面であってもよい。第２端面Ｅ２は光入射面であってもよい。第１端面Ｅ１において、第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層２２は、第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層３４及び絶縁膜３６に接続される。第１半導体層２２ａは第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層３４に接続されてもよい。第２半導体層２２ｂは絶縁膜３６に接続されてもよい。第１端面Ｅ１において、第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層２２の端面と第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層３４の端面とによって段差が形成され、段差に絶縁膜３６が設けられてもよい。第１端面Ｅ１において、第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層２２は、第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層３４及び絶縁膜３６に接触してもよい。半導体光素子１００は、第２端面Ｅ２上に設けられた反射防止膜４０を備えてもよい。

【0029】

光検出部３０は、第１端面Ｅ１に接続される第３端面Ｅ３を備えてもよい。絶縁膜３６は第３端面Ｅ３において終端してもよい。第３端面Ｅ３における主面１０ａから絶縁膜３６の上面３６ｔまでの距離Ｈ２は、第１端面Ｅ１における主面１０ａから第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層２２の上面２２ｂｔまでの距離Ｈ１以上であってもよい。第１端面Ｅ１において、第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層２２は、第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層３４及び絶縁膜３６によって覆われてもよい。距離Ｈ２は距離Ｈ１より小さくてもよい。

【0030】

半導体光素子１００は、スポットサイズ変換部２０及び光検出部３０を覆う保護膜５０を備えてもよい。半導体光素子１００は、電極６０を更に備えてもよい。電極６０は、絶縁膜３６の開口３６ａを通って第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層３４に接続されてもよい。電極６０は、Ｚ軸方向に沿って保護膜５０上において延在してもよい。絶縁膜３６及び保護膜５０は、電極６０と第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層３４との間に配置されてもよい。

【0031】

半導体光素子１００は、第１領域Ｒ１上に設けられる複数の半導体テラス７０を備えてもよい。スポットサイズ変換部２０は、複数の半導体テラス７０間に配置されてもよい。各半導体テラス７０は、コア層２１に含まれる半導体材料と同じ半導体材料を含む第１層と、第１半導体層２２ａに半導体材料と同じ半導体材料を含む第２層とを含んでもよい。

【0032】

半導体光素子１００は、第２領域Ｒ２上に設けられる半導体積層体８０を備えてもよい。光検出部３０は、半導体積層体８０とスポットサイズ変換部２０との間に配置されてもよい。半導体積層体８０は、コア層２１に含まれる半導体材料と同じ半導体材料を含む第１層８１と、第１半導体層２２ａに半導体材料と同じ半導体材料を含む第２層８２とを含んでもよい。

【0033】

半導体光素子１００によれば、第１端面Ｅ１における第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層２２から外部への光の散乱を絶縁膜３６により抑制できる。そのため、スポットサイズ変換部２０と光検出部３０との間における光の散乱を抑制できる。よって、光検出部３０の受光感度を向上できる。

【0034】

第３端面Ｅ３における距離Ｈ２が、第１端面Ｅ１における距離Ｈ１以上である場合、第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層２２の端面が絶縁膜３６によって覆われる。そのため、第１端面Ｅ１における第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層２２から外部への光の散乱をさらに抑制できる。

【0035】

絶縁膜３６が酸化チタンを含む場合、絶縁膜３６の屈折率を大きくできる。その結果、第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層２２に含まれる材料の屈折率と絶縁膜３６の屈折率との差を小さくできる。よって、第１端面Ｅ１における第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層２２から外部への光の散乱をさらに抑制できる。

【0036】

図３は、一実施形態に係る半導体光素子の端面を示す図である。図３では、反射防止膜４０および保護膜５０が省略されている。図３には、スポットサイズ変換部２０の第２端面Ｅ２が示される。

【0037】

第２端面Ｅ２において、第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層２２は上面２２ｂｔ及び側面２２ｂｓを有してもよい。第２端面Ｅ２において、コア層２１は上面２１ｔ及び側面２１ｓを有してもよい。第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層２２は、コア層２１の上面２１ｔ及び側面２１ｓを覆ってもよい。基板１０の主面１０ａに直交する第１方向（例えばＹ軸方向）において、コア層２１の上面２１ｔと第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層２２の上面２２ｂｔとの間の距離をＹＤとする。第１方向に直交する第２方向（例えばＸ軸方向）において、コア層２１の側面２１ｓと第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層２２の側面２２ｂｓとの間の距離をＸＤとする。ＸＤは、Ｙ軸方向におけるコア層２１の中心において測定される。この場合、下記式（１）が満たされてもよい。

【0038】

０．９≦ＸＤ／ＹＤ≦１．１ … （１）

【0039】

上記式（１）が満たされると、スポットサイズ変換部２０の偏波依存性を低減できる。

【0040】

距離ＸＤは１μｍ以上であってもよい。距離ＹＤは、１．５μｍから４．５μｍであってもよい。距離ＸＤは距離ＹＤと同じであってもよい。

【0041】

コア層２１の上面２１ｔの長さをＸＣとする。コア層２１の側面２１ｓの長さをＹＣとする。この場合、下記式（２）が満たされてもよい。

【0042】

０．９≦ＸＣ／ＹＣ≦１．１ … （２）

【0043】

上記式（２）が満たされると、スポットサイズ変換部２０の偏波依存性を低減できる。

【0044】

コア層２１の上面２１ｔの長さＸＣは、０．１μｍから１．０μｍであってもよい。コア層２１の側面２１ｓの長さＹＣは、０．２μｍから０．６μｍであってもよい。長さＸＣは長さＹＣと同じであってもよい。長さＸＣ及び長さＹＣは、スポットサイズ変換部２０の第２端面Ｅ２に入射される光ビームの直径に応じて調整されてもよい。

【0045】

（半導体光素子の製造方法）
以下、図４から図１３を参照して一実施形態に係る半導体光素子の製造方法について説明する。半導体光素子１００は以下のように製造されてもよい。

【0046】

まず、図４に示されるように、基板１０上に、光吸収層３２及び第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層３４を順に形成する。基板１０は、半絶縁性ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体基板１２と、半絶縁性ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体基板１２上に設けられた第１導電型ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層１４とを備えてもよい。第１導電型は例えばｎ型である。光吸収層３２は第１導電型ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層１４上に形成される。第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層３４は、クラッド層３４ａと、クラッド層３４ａ上に設けられたコンタクト層３４ｂとを備えてもよい。クラッド層３４ａは光吸収層３２上に形成される。

【0047】

次に、第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層３４上にマスクＭＫ１を形成した後、光吸収層３２及び第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層３４をエッチングする。マスクＭＫ１は、絶縁マスクであってもよい。

【0048】

次に、コア層２１及び第１半導体層２２ａを順に基板１０上に形成する。第１半導体層２２ａと第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層３４との間にはバットジョイント接合が形成される。同時に、第１層８１及び第２層８２が順に形成される。

【0049】

マスクＭＫ１を除去した後、図５に示されるように、第１半導体層２２ａ、第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層３４及び第２層８２上に絶縁膜３６及び絶縁膜７６を形成する。絶縁膜３６及び絶縁膜７６は、フォトリソグラフィー及びエッチングにより形成され得る。絶縁膜３６及び絶縁膜７６をマスクとして、第１半導体層２２ａ、コア層２１及び第１導電型ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層１４のエッチングを行う。絶縁膜３６により、スポットサイズ変換部２０及び光検出部３０を形成するためのメサ構造が形成される。絶縁膜７６により、複数の半導体テラス７０が形成される。

【0050】

絶縁膜３６及び絶縁膜７６は、図６に示されるパターンを有している。図５には、絶縁膜３６及び絶縁膜７６の一部（半分）が示されている。

【0051】

次に、図７に示されるように、フォトリソグラフィー及びエッチングにより、第１半導体層２２ａ上の絶縁膜３６と、絶縁膜７６の一部とを除去する。エッチング後の絶縁膜７６は、例えば台形パターンを有する。

【0052】

次に、図８に示されるように、埋込領域３８及び第２半導体層２２ｂを成長させる。図９は、図８のＩＸ－ＩＸ線に沿った断面図である。図９に示されるように、埋込領域３８は、第１導電型ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層１４、光吸収層３２及び第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層３４の側面を覆う。これにより、光検出部３０が形成される。図１０は、図８のＸ－Ｘ線に沿った断面図である。図１０に示されるように、第２半導体層２２ｂは、第１半導体層２２ａの上面と、第１半導体層２２ａ、コア層２１及び第１導電型ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層１４の側面とを覆う。第２半導体層２２ｂは、コア層２１の光軸方向において、コア層２１から光吸収層３２に向かうに連れて徐々に小さくなる厚みを有する。これにより、スポットサイズ変換部２０が形成される。

【0053】

次に、図１１に示されるように、絶縁膜３６及び埋込領域３８上に保護膜５０を形成する。保護膜５０は、図１２に示されるように、第２半導体層２２ｂ及び半導体テラス７０上にも形成される。その後、図１１に示されるように、フォトリソグラフィー及びエッチングにより、第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層３４上において、保護膜５０に開口を形成した後、絶縁膜３６に開口３６ａを形成する。その後、リフトオフにより、保護膜５０の開口及び絶縁膜３６の開口３６ａ内に電極６０を形成する。

【0054】

次に、図１３に示されるように、切断線ＣＴに沿って、基板１０、スポットサイズ変換部２０、半導体テラス７０及び保護膜５０を切断する。切断は、へき開であってもよい。これにより、スポットサイズ変換部２０の第２端面Ｅ２が形成される。

【0055】

次に、図１及び図２に示されるように、第２端面Ｅ２上に反射防止膜４０を形成する。

【0056】

以上、本開示の好適な実施形態について詳細に説明されたが、本開示は上記実施形態に限定されない。

【0057】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0058】

１０…基板
１０ａ…主面
１２…半絶縁性ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体基板
１４…第１導電型ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層
２０…スポットサイズ変換部
２１…コア層
２１ｓ…側面
２１ｔ…上面
２２…第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層
２２ａ…第１半導体層
２２ｂ…第２半導体層
２２ｂｓ…側面
２２ｂｔ…上面
３０…光検出部
３２…光吸収層
３４…第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層
３４ａ…クラッド層
３４ｂ…コンタクト層
３６…絶縁膜
３６ａ…開口
３６ｔ…上面
３８…埋込領域
４０…反射防止膜
５０…保護膜
６０…電極
７０…半導体テラス
７６…絶縁膜
８０…半導体積層体
８１…第１層
８２…第２層
１００…半導体光素子
ＣＴ…切断線
Ｅ１…第１端面
Ｅ２…第２端面
Ｅ３…第３端面
ＭＫ１…マスク
Ｒ１…第１領域
Ｒ２…第２領域

【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】