特許 7458330 半導体素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-21

(45)【発行日】2024-03-29

(54)【発明の名称】半導体素子

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/12 20060101AFI20240322BHJP

   H01S 5/026 20060101ALI20240322BHJP

【ＦＩ】

G02B6/12 361

G02B6/12 301

H01S5/026 618

H01S5/026 650

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020571211

(86)(22)【出願日】2020-02-04

(86)【国際出願番号】 JP2020004099

(87)【国際公開番号】W WO2020162447

(87)【国際公開日】2020-08-13

【審査請求日】2022-12-22

(31)【優先権主張番号】P 2019021914

(32)【優先日】2019-02-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000005290

【氏名又は名称】古河電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】若葉 昌布

(72)【発明者】

【氏名】比嘉 康貴

【審査官】林 祥恵

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－０１２１７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１９７６４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１３５４３６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－２１６３１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０５４１６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／１５４３７２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１７５６０１０（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１７５２１６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ６／１２－６／１４

Ｈ０１Ｓ ５／００－５／５０

Ｇ０２Ｆ １／００－１／１２５

Ｇ０２Ｆ １／２１－１／３９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体積層構造を有し、所定方向に延伸するメサ部と、
前記メサ部の両側のそれぞれ設けられたトレンチ溝を隔てて、前記メサ部に沿って延在する延在部と、
絶縁性材料からなり、前記トレンチ溝のそれぞれに設けられた絶縁部と、
前記メサ部の上側に設けられた導電部と、を備え、
前記絶縁部の少なくとも１つは、前記メサ部に密着し、かつ前記メサ部の延伸方向における少なくとも一部において、前記延在部との間に空隙が形成されており、
前記少なくとも１つの絶縁部と前記メサ部とにわたって前記導電部が設けられ、
前記少なくとも１つの絶縁部の一部の絶縁部は、前記少なくとも１つの絶縁部において前記延在部との間に前記空隙が形成されていない部分を構成している
ことを特徴とする半導体素子。

【請求項2】

前記導電部の前記少なくとも１つの絶縁部にわたっている側の端は、前記少なくとも１つの絶縁部の端よりも前記メサ部の側に位置する
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。

【請求項3】

前記空隙の幅は２μｍ以上である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体素子。

【請求項4】

前記空隙の幅は前記トレンチ溝の幅の８０％以下である
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載の半導体素子。

【請求項5】

前記メサ部は光導波領域を有する
ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一つに記載の半導体素子。

【請求項6】

前記導電部はヒータである
ことを特徴とする請求項１～５のいずれか一つに記載の半導体素子。

【請求項7】

前記少なくとも１つの絶縁部は、前記メサ部の延伸方向における全体において、前記延在部との間に空隙が形成されている
ことを特徴とする請求項１～６のいずれか一つに記載の半導体素子。

【請求項8】

前記少なくとも１つの絶縁部の、前記延在部との間に空隙が形成されていない部分において、前記延在部から前記少なくとも１つの絶縁部とわたって前記導電部に到達し、前記導電部と電気的に接続する配線部をさらに備える
ことを特徴とする請求項１～６のいずれか一つに記載の半導体素子。

【請求項9】

半導体レーザ素子である
ことを特徴とする請求項１～８のいずれか一つに記載の半導体素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体素子に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体素子として、所定方向に延伸するメサ部と、メサ部の両側のそれぞれ設けられたトレンチ溝を隔ててメサ部に沿って延在する延在部と、を備える構成が開示されている（特許文献１）。メサ部は、光導波領域を有する半導体積層構造を有している。メサ部の上側には金属からなるヒータが設けられている。また、特許文献１には、トレンチ溝に樹脂等の絶縁体が充填されていてよいことが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－０５４１６８号公報

【文献】国際公開第２０１８／１４７３０７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

設計や作製精度などの理由によって、ヒータがメサ部の幅内に収まらず、メサ部から絶縁体にわたって設けられる場合がある。この場合、メサ部とヒータと絶縁体との熱膨張係数の差異により、半導体素子の作製プロセスにおける温度変化や半導体素子の作製後の環境温度の変化等によって、ヒータにひび割れが発生する場合がある。ヒータのひび割れはヒータの特性（抵抗率など）の劣化や、半導体素子の特性の劣化や信頼性の低下を引き起こす。なお、メサ部から絶縁体にわたって電極が設けられる場合にも同様の問題が生じ得る。このような電極は、たとえばメサ部に電流を供給するために設けられたものである。特に、メサ部の幅が狭い場合は、ヒータや電極がメサ部の幅内に収まらない場合が多くなる。

【0005】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、特性の劣化や信頼性の低下を抑制できる半導体素子を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る半導体素子は、半導体積層構造を有し、所定方向に延伸するメサ部と、前記メサ部の両側のそれぞれ設けられたトレンチ溝を隔てて、前記メサ部に沿って延在する延在部と、絶縁性材料からなり、前記トレンチ溝のそれぞれに設けられた絶縁部と、前記メサ部の上側に設けられた導電部と、を備え、前記絶縁部の少なくとも１つは、前記メサ部に密着し、かつ前記メサ部の延伸方向における少なくとも一部において、前記延在部との間に空隙が形成されており、前記少なくとも１つの絶縁部と前記メサ部とにわたって前記導電部が設けられていることを特徴とする。

【0007】

本発明の一態様に係る半導体素子は、前記導電部の前記少なくとも１つの絶縁部にわたっている側の端は、前記少なくとも１つの絶縁部の端よりも前記メサ部の側に位置することを特徴とする。

【0008】

本発明の一態様に係る半導体素子は、前記空隙の幅は２μｍ以上であることを特徴とする。

【0009】

本発明の一態様に係る半導体素子は、前記空隙の幅は前記トレンチ溝の幅の８０％以下であることを特徴とする。

【0010】

本発明の一態様に係る半導体素子は、前記メサ部は光導波領域を有することを特徴とする。

【0011】

本発明の一態様に係る半導体素子は、前記導電部はヒータであることを特徴とする。

【0012】

本発明の一態様に係る半導体素子は、前記少なくとも１つの絶縁部は、前記メサ部の延伸方向における全体において、前記延在部との間に空隙が形成されていることを特徴とする。

【0013】

本発明の一態様に係る半導体素子は、前記少なくとも１つの絶縁部の、前記延在部との間に空隙が形成されていない部分において、前記延在部から前記少なくとも１つの絶縁部とわたって前記導電部に到達し、前記導電部と電気的に接続する配線部をさらに備えることを特徴とする。

【0014】

本発明の一態様に係る半導体素子は、半導体レーザ素子であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、半導体素子の特性の変化や信頼性の低下を抑制できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、実施形態１に係る半導体素子の模式図である。

【図2】図２は、ポリイミド幅または空隙幅とポリイミドに生じる応力との関係を示す図である。

【図3】図３は、実施形態２に係る半導体素子の模式図である。

【図4】図４は、実施形態２に係る半導体素子の模式図である。

【図5】図５は、実施形態３に係る半導体素子の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付し、重複説明を適宜省略する。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。

【0018】

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る半導体素子の模式図である。この半導体素子１０は、基板１１と、メサ部１２と、延在部１３ａ，１３ｂとを備えている。

【0019】

基板１１は、半導体基板であり、たとえばｎ型のインジウムリン（ＩｎＰ）からなる。メサ部１２は、基板１１の表面に立設しており、基板１１の表面に沿った所定方向に延伸している。メサ部１２の延伸方向と直交する方向における幅をメサ幅ＷＭとする。メサ幅ＷＭはたとえば１μｍ～２μｍ程度である。メサ部１２の延伸方向における長さはたとえば５０μｍ～１０００μｍである。

【0020】

メサ部１２は半導体積層構造を有する。具体的には、メサ部１２は光導波領域である光導波層１２ａを有する。光導波層１２ａはＩｎＰよりも屈折率が高い、たとえばＩｎＧａＡｓＰからなる。メサ部１２の光導波層１２ａより基板１１側はたとえばｎ型ＩｎＰからなり、光導波層１２ａに対するクラッド領域を構成している。メサ部１２の光導波層１２ａに対して基板１１とは反対側（以下、適宜上側と記載する）はたとえばｐ型ＩｎＰからなり、光導波層１２ａに対するクラッド領域を構成している。メサ部１２は、光導波領域とクラッド領域との積層構造により、光を導波する。なお、ＩｎＰやＩｎＧａＡｓＰは、半導体素子１０が波長１．５５μｍ帯の光を導波するために採用されており、他の波長帯の光を導波する場合は、その波長に応じた半導体材料を適宜採用すればよい。

【0021】

延在部１３ａ，１３ｂはそれぞれ、メサ部１２の幅方向両側のそれぞれに設けられた幅が５μｍ以上のトレンチ溝１４ａ，１４ｂを隔てて、メサ部１２に沿って延在する。延在部１３ａ，１３ｂは、メサ部１２と同じ半導体積層構造を有する。ただし、延在部１３ａ，１３ｂが異なる半導体積層構造を有していてもよいし、半導体以外の材料、たとえば絶縁体で構成されていてもよい。また、基板１１の表面を基準として、延在部１３ａ，１３ｂの高さはメサ部１２の高さと略同一であるが、異なっていてもよい。メサ部１２および延在部１３ａ，１３ｂの表面には、たとえば誘電体からなる保護膜が形成されていてもよい。トレンチ溝１４ａ，１４ｂの幅はそれぞれ幅ＷＴａ，ＷＴｂである。本実施形態では幅ＷＴａ，ＷＴｂは等しいが、異なっていてもよい。

【0022】

半導体素子１０は、さらに絶縁部１５ａ，１５ｂを備える。絶縁部１５ａ，１５ｂは、絶縁性材料、たとえばポリイミドからなる。

【0023】

絶縁部１５ａは、トレンチ溝１４ａに設けられており、メサ部１２に密着している。また、絶縁部１５ａは、メサ部１２の延伸方向における一部において、延在部１３ａとの間に空隙１６ａが形成されている。絶縁部１５ａの幅は幅ＷＰａである。空隙１６ａの幅は幅ＷＧａである。絶縁部１５ｃは、絶縁部１５ａの一部であり、絶縁部１５ａから突出して延在部１３ａに密着している。すなわち、絶縁部１５ｃは、絶縁部１５ａにおいて延在部１３ａとの間に空隙１６ａが形成されていない部分を構成している。

【0024】

絶縁部１５ｂは、トレンチ溝１４ｂに設けられており、メサ部１２に密着している。また、絶縁部１５ｂは、メサ部１２の延伸方向における全体において、延在部１３ｂとの間に空隙１６ｂが形成されている。絶縁部１５ｂの幅は幅ＷＰｂである。空隙１６ｂの幅は幅ＷＧｂである。本実施形態では幅ＷＰａ，ＷＰｂは等しく、幅ＷＧａ，ＷＧｂは等しいが、それぞれ異なっていてもよい。

【0025】

半導体素子１０は、さらに導電部であるヒータ１７を備える。ヒータ１７は、メサ部１２の上側に設けられており、メサ部１２の延伸方向に延伸している。ヒータ１７は、メサ部１２と、絶縁部１５ａ，１５ｂとの両方とにわたって設けられている。ヒータ１７の幅は幅ＷＨである。幅ＷＨの値はメサ幅である幅ＷＭの値よりも大きい。ヒータ１７は、ニッケル（Ｎｉ）とクロム（Ｃｒ）とを主成分とする合金からなるが、ヒータとして使用できる導電材料であれば特に限定はされない。ヒータ１７を構成する導電材料の熱膨張係数は、絶縁部１５ａ，１５ｂを構成する絶縁材料の熱膨張係数よりも小さい。なお、ヒータ１７と絶縁部１５ａ，１５ｂとの間には、たとえば誘電体からなる保護膜が形成されていてもよい。

【0026】

また、ヒータ１７の絶縁部１５ａにわたっている側の端は、絶縁部１５ａの端（空隙１６ａ側の端）よりもメサ部１２の側に位置する。同様に、ヒータ１７の絶縁部１５ｂにわたっている側の端は、絶縁部１５ｂの端（空隙１６ｂ側の端）よりもメサ部１２の側に位置する。したがって、ヒータ１７は絶縁部１５ａ，１５ｂからはみ出しておらず、メサ部１２と絶縁部１５ａ，１５ｂとを土台として支持されている。

【0027】

半導体素子１０は、さらに配線部１８を備える。配線部１８は、たとえば金（Ａｕ）を主成分として構成されており、延在部１３ａから絶縁部１５ａ，１５ｃをわたってヒータ１７に到達し、ヒータ１７と電気的に接続する。また、半導体素子１０には、メサ部１２の延伸方向において絶縁部１５ｃとは離間した位置に、絶縁部１５ｃと同様の不図示の絶縁部と配線部１８と同様の不図示の配線部が設けられている。ヒータ１７は、配線部１８および不図示の配線部によって電流を供給されて発熱する。これにより、光導波層１２ａは加熱されてその屈折率が変化するので、光導波層１２ａの光路長が変化する。したがって、ヒータ１７に流す電流量の制御によって光導波層１２ａの光路長を制御することができる。絶縁部１５ｃについては、メサ部１２の延伸方向における幅が、配線部１８を設けられる程度の広さであればよい。

【0028】

ここで、半導体素子１０の作製プロセスにおける温度変化や半導体素子１０の作製後の環境温度の変化等にしたがって、絶縁部１５ａ，１５ｂは伸縮する。このとき、絶縁部１５ａと延在部１３ａとの間に空隙１６ａが形成されており、絶縁部１５ｂと延在部１３ｂとの間に空隙１６ｂが形成されているので、絶縁部１５ａ，１５ｂに発生する応力が抑制される。その結果、ヒータ１７に掛かる応力も抑制されるので、ヒータ１７のひび割れが抑制される。これにより、半導体素子１０の特性の劣化や信頼性の低下を抑制できる。

【0029】

つぎに、半導体素子１０の構成において、ヒータ１７に生ずる応力を有限要素法を用いた熱と応力を同時に計算する連成解析計算によって算出した。図２は、半導体素子１０の構成において、絶縁部１５ａ，１５ｂを熱膨張係数３６ｐｐｍ／Ｋのポリマーとし、ヒータ１７部を熱膨張係数１８ｐｐｍ／Ｋの金属とし、ポリイミドの幅ＷＰａ，ＷＰｂまたは空隙１６ａ，１６ｂの幅ＷＧａ，ＷＧｂと、ヒータ１７に生じる最大応力との関係を示す図である。幅ＷＰａ，ＷＰｂは同じ値とした。幅ＷＧａ，ＷＧｂは同じ値とした。トレンチ溝１４ａ，１４ｂの幅ＷＴａ，ＷＴｂはいずれも、１０μｍとした。

【0030】

図２に示すように、ポリイミド幅が１０μｍ、すなわち空隙幅が０μｍのときには応力は９９ＭＰａであったが、ポリイミド幅を小さくして空隙幅を大きくしていくと応力が減少し、ポリイミド幅が３．５μｍでは８０ＭＰａまで減少した。本発明者らが様々な条件で実験を行ったところ、空隙幅はトレンチ溝幅の８０％以下が好ましい。また、トレンチ幅が１０μｍのときは、空隙幅は２μｍ以上が好ましい。

【0031】

以上説明したように、実施形態１に係る半導体素子１０は、特性の劣化や信頼性の低下が抑制されたものである。

【0032】

なお、半導体素子１０は、たとえば以下のようにして製造できる。まず、基板１１の表面に、ＭＯＣＶＤ（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition）法によって、メサ部１２と同様の半導体積層構造を形成し、ＣＶＤ法にて保護膜を形成する。つづいて、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術とを用いて、半導体積層構造にトレンチ溝１４ａ，１４ｂを形成する。これによって、メサ部１２と延在部１３ａ，１３ｂとが形成される。必要に応じて保護膜を除去後、つづいて、ＣＶＤ法にて保護膜を形成したのち、スピンコートにて絶縁部１５ａ，１５ｂとなる絶縁材料を塗布する。つづいて、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術とを用いて、絶縁材料の一部を除去し、絶縁部１５ａ，１５ｂと空隙１６ａ，１６ｂとを形成する。つづいて、ＣＶＤ法にて保護膜を形成したのち、金属蒸着法とリフトオフ法とを用いてヒータ１７や配線部１８を形成する。その後、必要な後処理を施すことによって、半導体素子１０が完成する。

【0033】

（実施形態２）
図３は、実施形態２に係る半導体素子の模式図であり、半導体素子を上面視した図である。図４は、実施形態２に係る半導体素子の模式図であり、半導体素子の断面斜視図である。この半導体素子２０は、基板２１と、メサ部２２と、２つの延在部２３と、２つの絶縁部２５と、ヒータ２７と、２つの配線部２８ａと、２つの電極パッド２８ｂと、２つの接続部２９と、を備えている。延在部２３は、それぞれ、メサ部２２の幅方向両側のそれぞれに設けられたトレンチ溝２４を隔てて、メサ部２２に沿って延在する。絶縁部２５は、それぞれ、トレンチ溝２４に設けられている。絶縁部２５は、それぞれ、メサ部２２に密着するとともに、メサ部２２の延伸方向における全体において、延在部２３との間に空隙２６が形成されている。ヒータ２７は、メサ部２２と、２つの絶縁部２５の両方とにわたって設けられている。

【0034】

基板２１、メサ部２２、延在部２３、トレンチ溝２４、絶縁部２５、空隙２６、ヒータ２７については、実施形態１に係る半導体素子１０における対応する要素である基板１１、メサ部１２、延在部１３ａ，１３ｂ、トレンチ溝１４ａ，１４ｂ、絶縁部１５ａ，１５ｂ、空隙１６ａ，１６ｂなどと同様の構成をとりうるので、説明を省略する。

【0035】

２つの接続部２９は、それぞれ、メサ部２２の延伸方向の端部において、メサ部２２と、対向する２つの延在部２３とに接続されるように配置されている。接続部２９は、それぞれ、メサ部２２、延在部２３と同じ半導体積層構造を有する。ただし、接続部２９はメサ部２２、延在部２３と異なる半導体積層構造を有していてもよいし、半導体以外の材料、たとえば絶縁体で構成されていてもよい。メサ部２２と延在部２３と接続部２９とによってトレンチ溝２４の内壁が形成されている。

【0036】

２つの配線部２８ａはそれぞれ、ヒータ２７の長手方向の端部のそれぞれに電気的に接続されており、接続部２９のそれぞれをわたって延在部２３の一方に延びている。この一方の延在部２３には２つの電極パッド２８ｂが設けられており、電極パッド２８ｂのそれぞれが配線部２８ａのそれぞれと電気的に接続している。配線部２８ａおよび電極パッド２８ｂは、たとえば金（Ａｕ）を主成分として構成されている。ヒータ２７は、配線部２８ａおよび電極パッド２８ｂによって電流を供給されて発熱する。ヒータ２７に流す電流量の制御によってメサ部２２における光導波層の光路長を制御することができる。

【0037】

実施形態２に係る半導体素子２０は、絶縁部２５のそれぞれと延在部２３のそれぞれとの間に空隙２６が形成されているので、ヒータ２７に掛かる応力が抑制される。その結果、半導体素子２０は、半導体素子１０と同様に、特性の劣化や信頼性の低下が抑制されたものである。また、半導体素子２０では、半導体素子１０における絶縁部１５ｃのような部分を設けなくてもよい。

【0038】

（実施形態３）
図５は、実施形態３に係る半導体素子の模式図である。この半導体素子１００は、特許文献２に開示されるようなバーニア効果を利用した波長可変型の半導体レーザ素子として構成されている。半導体素子１００は、共通の基板上に集積された半導体素子３０，４０，５０，６０，７０を備えている。なお、図５では、後述する各ヒータや電極、および各ヒータや電極に電流を供給するための配線部や電極パッドは図示を省略している。

【0039】

半導体素子３０は、メサ部３２を備えている。メサ部３２は、標本化回折格子（Sampled Grating）を含むＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）型の回折格子層と、光導波層とを含む半導体積層構造を有する。また、半導体素子３０は、延在部１０３ａと、２つの絶縁部３５と、ヒータ３７と、を備えている。延在部１０３ａは、メサ部３２の幅方向両側のそれぞれに設けられたトレンチ溝３４を隔てて、メサ部３２に沿って延在する部分を有する。絶縁部３５はそれぞれ、トレンチ溝３４に設けられている。絶縁部３５はそれぞれ、メサ部３２に密着する。これとともに、絶縁部３５はそれぞれ、メサ部３２の延伸方向における全体において、延在部１０３ａとの間に空隙３６が形成されている。ヒータ３７は、メサ部３２と、２つの絶縁部３５の両方とにわたって設けられている。

【0040】

半導体素子３０は、櫛形のピークを有する反射スペクトル特性を有し、レーザ共振器の反射体の一方を構成する。ヒータ３７に電流を供給してメサ部３２を加熱することによって、反射ピーク波長を波長軸上で全体的にシフトさせることができる。

【0041】

半導体素子４０は、光導波領域としての活性層を含む埋め込みメサ型の半導体積層構造を有する。活性層は、半導体素子３０の光導波層に光学的に接続しており、半導体素子４０に設けられた不図示の電極によって電流が供給されて光利得を発生する。

【0042】

半導体素子５０は、メサ部５２を備えている。メサ部５２は、光導波層を含む半導体積層構造を有する。メサ部５２は、一方の端部の光導波層が半導体素子４０の活性層に光学的に接続しており、半導体素子４０から離間するように延伸している。メサ部５２は、延伸の途中部に存在する多モード干渉（ＭＭＩ）部において２分岐し、２つのアーム部となって他方の２つの端部に到っている。

【0043】

また、半導体素子５０は、延在部１０３ａ，１０３ｂと、４つの絶縁部１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄと、を備えている。延在部１０３ａ，１０３ｂは、メサ部５２の幅方向両側のそれぞれに設けられたトレンチ溝１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄを隔てて、メサ部５２に沿って延在する部分を有する。絶縁部１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄはそれぞれ、トレンチ溝１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄに設けられている。絶縁部１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄはそれぞれ、メサ部５２に密着するとともに、メサ部５２の延伸方向において、それぞれ、延在部１０３ａ，１０３ｂのそれぞれとの間に空隙１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄが形成されている。

【0044】

半導体素子６０は、半導体素子５０の一部を構成しており、メサ部５２における一方のアーム部の一部としてのメサ部６２を備えている。また、半導体素子６０は、延在部１０３ａ，１０３ｂと、２つの絶縁部１０５ｂ，１０５ｃと、ヒータ６７と、を備えている。延在部１０３ａ，１０３ｂは、メサ部６２の幅方向両側のそれぞれに設けられたトレンチ溝１０４ｂ，１０４ｃを隔てて、メサ部６２に沿って延在する部分を有する。絶縁部１０５ｂ，１０５ｃはそれぞれ、トレンチ溝１０４ｂ，１０４ｃに設けられている。絶縁部１０５ｂ，１０５ｃはそれぞれ、メサ部６２に密着するとともに、メサ部６２の延伸方向において、延在部１０３ａ，１０３ｂのそれぞれとの間に空隙１０６ｂ，１０６ｃが形成されている。ヒータ６７は、メサ部６２と、２つの絶縁部１０５ｂ，１０５ｃの両方とにわたって設けられている。

【0045】

この半導体素子６０は、ヒータ６７に電流を供給してメサ部６２を加熱することによって、メサ部６２における光導波層の光路長を変化させることができる。これによって、レーザ共振器の共振器長を変化させることができる。

【0046】

半導体素子７０は、メサ部７２を備えている。メサ部７２は、光導波層を含む半導体積層構造を有するリング共振器である。メサ部７２は、光導波層が半導体素子５０のメサ部５２の２つのアーム部のそれぞれの光導波路に光学的に接続している。また、半導体素子７０は、延在部１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃと、３つの絶縁部１０５ｃ，１０５ｄ，１０５ｅと、ヒータ７７と、を備えている。延在部１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃは、メサ部７２の幅方向両側のそれぞれに設けられたトレンチ溝１０４ｃ，１０４ｄ，１０４ｅを隔てて、メサ部７２に沿って延在する部分を有する。絶縁部１０５ｃ，１０５ｄ，１０５ｅは、それぞれトレンチ溝１０４ｃ，１０４ｄ，１０４ｅに設けられている。絶縁部１０５ｃ，１０５ｄ，１０５ｅはそれぞれ、メサ部７２に密着するとともに、メサ部７２の延伸方向において、延在部１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃのそれぞれとの間に空隙１０６ｃ，１０６ｄ，１０６ｅが形成されている。ヒータ７７は、メサ部７２と、２つの絶縁部１０５ｃ，１０５ｅの両方と、または、メサ部７２と、２つの絶縁部１０５ｄ，１０５ｅの両方と、にわたって設けられている。

【0047】

この半導体素子７０は、半導体素子３０におけるものとは周期が異なる櫛形のピークを有する反射スペクトル特性を有しており、レーザ共振器の反射体の他方を構成する。ヒータ７７に電流を供給してメサ部７２を加熱することによって、反射ピーク波長を波長軸上で全体的にシフトさせることができる。

【0048】

以上のように、延在部１０３ａ，１０３ｂ、トレンチ溝１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄ、絶縁部１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄ、および空隙１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄは、半導体素子３０，５０，６０，７０に対して共通の延在部、トレンチ溝、絶縁部、または空隙として機能している。

【0049】

この半導体素子１００は、ヒータ３７，６７，７７のそれぞれに供給する電流を調整することによって、バーニア効果を利用した波長可変レーザ素子として機能する。

【0050】

実施形態３に係る半導体素子１００は、半導体素子１０，２０と同様に、ヒータ３７，６７，７７に掛かる応力が抑制され、特性の劣化や信頼性の低下が抑制される。

【0051】

なお、上記実施形態では、絶縁部のそれぞれが、メサ部に密着し、かつメサ部の延伸方向における少なくとも一部において、延在部との間に空隙が形成されており、絶縁部のそれぞれとメサ部とにわたって導電部であるヒータが設けられている。しかしながら、本発明はこれに限られない。絶縁部の少なくとも１つが、メサ部に密着し、かつメサ部の延伸方向における少なくとも一部において、延在部との間に空隙が形成されており、少なくとも１つの絶縁部とメサ部とにわたって導電部が設けられていてもよい。したがって、絶縁部の一方が、メサ部に密着し、かつメサ部の延伸方向における少なくとも一部において、延在部との間に空隙が形成されており、その一方の絶縁部とメサ部とにわたって導電部が設けられていてもよい。この場合、他方の絶縁部と延在部との間には、空隙が形成されていなくてもよい。

【0052】

また、上記実施形態では、導電部はヒータであるが、導電部はヒータに限定されず、メサ部に電流を供給するための電極でもよい。

【0053】

また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各実施形態の構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

【産業上の利用可能性】

【0054】

本発明に係る半導体素子は、たとえば半導体レーザ素子に適用して好適なものである。

【符号の説明】

【0055】

１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，１００ 半導体素子
１１，２１ 基板
１２，２２，３２，５２，６２，７２ メサ部
１２ａ 光導波層
１３ａ，１３ｂ，２３，１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ 延在部
１４ａ，１４ｂ，２４，３４，１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄ，１０４ｅ トレンチ溝
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，２５，３５，１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄ，１０５ｅ 絶縁部
１６ａ，１６ｂ，２６，３６，１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄ，１０６ｅ 空隙
１７，２７，３７，６７，７７ ヒータ
１８，２８ａ 配線部
２８ｂ 電極パッド
２９ 接続部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】