特許 7588722 半導体光素子

(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】2024-11-14

(45)【発行日】2024-11-22

(54)【発明の名称】半導体光素子

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/22 20060101AFI20241115BHJP

   H01S 5/227 20060101ALI20241115BHJP

【ＦＩ】

H01S5/22

H01S5/227

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2023533022

(86)(22)【出願日】2021-07-09

(86)【国際出願番号】 JP2021025986

(87)【国際公開番号】W WO2023281741

(87)【国際公開日】2023-01-12

【審査請求日】2023-11-30

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002941

【氏名又は名称】弁理士法人ぱるも特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】森川 隆哉

(72)【発明者】

【氏名】篠原 弘介

【審査官】佐藤 美紗子

(56)【参考文献】

【文献】特開平６－２９１４１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２８６０３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００４／００５７６４６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０２１－０３４３８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平６－９７６０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２６４３４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平８－１１１５６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－０３２５８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ５／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１導電型の半導体基板と、
前記第１導電型の半導体基板上に設けられた第１導電型のクラッド層及び活性層からなるストライプ状のリッジ構造と、
前記リッジ構造の両側面を覆うように埋め込まれた埋め込み構造と、
前記リッジ構造の上部に設けられた第２導電型のリッジ上部クラッド層と、
前記埋め込み構造の表面に設けられた第２導電型のクラッド層及び第２導電型のコンタクト層と、
前記第２導電型のクラッド層及び前記第２導電型のコンタクト層内に設けられ、底面が前記リッジ上部クラッド層の上面、側面が前記第２導電型のクラッド層及び前記第２導電型のコンタクト層からなるストライプ状の凹部と、
前記リッジ構造を含み、前記第２導電型のコンタクト層から前記第１導電型の半導体基板に達するメサによって両側面が形成されたストライプ状のメサ構造と、
前記凹部の底面及び側面、前記第２導電型のコンタクト層の表面並びにメサ構造の両側面を覆う絶縁膜と、
を備える半導体光素子。

【請求項2】

前記第２導電型のコンタクト層上の前記絶縁膜に設けられたストライプ状の絶縁膜開口部と、
前記絶縁膜開口部で前記第２導電型のコンタクト層と接する第２導電側電極と、
をさらに備える請求項１に記載の半導体光素子。

【請求項3】

前記絶縁膜開口部は、前記凹部によって分断される前記メサ構造の上面の一方の領域及び他方の領域にそれぞれ設けられることを特徴とする請求項２に記載の半導体光素子。

【請求項4】

前記第１導電型の半導体基板の表面に垂直な方向における前記メサ構造の中心軸に対して、前記リッジ構造及び前記凹部の中心軸が予め設定された間隔で離間していることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体光素子。

【請求項5】

前記凹部の共振器に垂直な方向の断面がＵ字状を呈することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体光素子。

【請求項6】

共振器方向において両端面から予め設定された領域では、前記第２導電型のリッジ上部クラッド層及び前記凹部が設けられていないことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体光素子。

【請求項7】

第１導電型の半導体基板と、
前記第１導電型の半導体基板上に設けられた第１導電型のクラッド層及び活性層からなるストライプ状のリッジ構造と、
前記リッジ構造の両側面を覆うように埋め込まれた埋め込み構造と、
前記リッジ構造の一方側の前記埋め込み構造の表面に設けられた第２導電型の第１クラッド層及び第２導電型のコンタクト層と、
前記リッジ構造の上部に設けられた第２導電型のリッジ上部クラッド層と、
前記リッジ構造の他方側の前記埋め込み構造の表面に設けられ、前記リッジ上部クラッド層の上面と同一の平面をなす第２導電型の第２クラッド層と、
前記第２導電型の第２クラッド層及び前記第２導電型のリッジ上部クラッド層の上面並びに前記第２導電型の第１クラッド層及び前記第２導電型のコンタクト層の側面からなる段差部と、
前記リッジ構造を含み、一方側が前記第２導電型のコンタクト層から前記第１導電型の半導体基板に達し、他方側が前記段差部から前記第１導電型の半導体基板に達するメサによって両側面が形成されたストライプ状のメサ構造と、
前記段差部、前記第２導電型のコンタクト層及び前記メサ構造の両側面を覆う絶縁膜と、
前記第２導電型のコンタクト層上の前記絶縁膜に設けられたストライプ状の絶縁膜開口部と、
前記絶縁膜開口部で前記第２導電型のコンタクト層と接する第２導電側電極と、
を備える半導体光素子。

【請求項8】

前記第２導電型のリッジ上部クラッド層の層厚が、０．３μｍ以上０．４μｍ以下であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体光素子。

【請求項9】

前記埋め込み構造が、少なくとも第２導電型の第１埋め込み層及び第１導電型の第２埋め込み層からなることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の半導体光素子。

【請求項10】

前記埋め込み構造が、第１導電型の第１埋め込み層、第２導電型の第２埋め込み層及び第１導電型の第３埋め込み層からなることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の半導体光素子。

【請求項11】

前記第１導電型がｎ型であり、前記第２導電型がｐ型であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の半導体光素子。

【請求項12】

前記第１導電型がｐ型であり、前記第２導電型がｎ型であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項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】

近年、移動体通信システムにおけるデータ通信量は急速に増大しつつある。膨大なデータ通信量を高速に処理するには、光源である半導体レーザーに代表される半導体光素子においても、より一層の高速動作が望まれる。

【0003】

特許文献１には、活性層の両側面を覆う埋め込み領域が形成された光半導体デバイスが開示されている。特許文献１に記載の光半導体デバイスは、活性層及び活性層の上面及び下面に設けられたクラッド層を有するリッジ構造の両側面に、例えば鉄をドーピングしたＡｌＩｎＡｓ（アルミニウムインジウムヒ素、Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｉｎｄｉｕｍ Ａｒｓｅｎｉｄｅ）半導体からなる埋め込み領域が設けられたメサ構造を備える。かかる素子構造では、埋め込み領域によって活性層に注入する電流を狭窄できることに加えて、活性層の横方向における光閉じ込めを大きくすることも可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００５－２８６０３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

光通信用の光源として半導体光素子を高速変調させて使用する際は、半導体光素子の緩和振動周波数を受光側ローパスフィルタのカットオフ周波数よりも高くする必要がある。緩和振動周波数ｆ_ｒは一般に下記の式（１）で示される比例関係がある。

【0006】

【数1】

【0007】

式（１）において、Γは光閉じ込め係数、Ｌは共振器長、Ｗは活性層幅、ｄは活性層厚、ｑは電荷素量、ｄｇ／ｄＮは微分利得、η_ｉは内部量子効率、Ｉ_ｏｐは動作電流、Ｉ_ｔｈはしきい値電流をそれぞれ表す。式（１）から分かるように、光閉じ込め係数Γが大きくなるほど、緩和振動周波数ｆ_ｒは高くなる。

【0008】

特許文献１に記載の光半導体デバイスの素子構造では、リッジ構造の両側面に形成された埋め込み領域により活性層の横方向における光閉じ込めが大きくなることで緩和振動周波数ｆ_ｒが高くなるものの、活性層の縦方向における光閉じ込めは充分大きいとは言えない。半導体光素子の活性層内への光閉じ込めが不十分であることに起因して、緩和振動周波数ｆ_ｒが受光側ローパスフィルタのカットオフ周波数よりも低くなる場合は、ローパスフィルタで緩和振動をカットしきれないため、伝送特性が悪化してしまうという問題が生じた。

【0009】

本開示は上述の問題点を解決するためになされたもので、活性層への縦方向における光閉じ込めを大きくすることにより、緩和振動周波数をより高めたので、高速変調が可能となる半導体光素子を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本願に開示される半導体光素子は、
第１導電型の半導体基板と、
前記第１導電型の半導体基板上に設けられた第１導電型のクラッド層及び活性層からなるストライプ状のリッジ構造と、
前記リッジ構造の両側面を覆うように埋め込まれた埋め込み構造と、
前記リッジ構造の上部に設けられた第２導電型のリッジ上部クラッド層と、
前記埋め込み構造の表面に設けられた第２導電型のクラッド層及び第２導電型のコンタクト層と、
前記第２導電型のクラッド層及び前記第２導電型のコンタクト層内に設けられ、底面が前記リッジ上部クラッド層の上面、側面が前記第２導電型のクラッド層及び前記第２導電型のコンタクト層からなるストライプ状の凹部と、
前記リッジ構造を含み、前記第２導電型のコンタクト層から前記第１導電型の半導体基板に達するメサによって両側面が形成されたストライプ状のメサ構造と、
前記凹部の底面及び側面、前記第２導電型のコンタクト層の表面並びにメサ構造の両側面を覆う絶縁膜と、
を備える。

【発明の効果】

【0011】

本願に開示される半導体光素子によれば、メサ構造に設けた凹部によって、活性層の上部に設けられたリッジ上部クラッド層の層厚を、活性層の上部以外に設けられたクラッド層よりも薄くすることが可能となるので、縦方向における活性層への光閉じ込めが大きくなり、緩和振動周波数が高くなるため、高速変調が可能となる半導体光素子が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施の形態１に係る半導体光素子の概観図である。

【図2】実施の形態１に係る半導体光素子における共振器に垂直な方向の断面図である。

【図3】実施の形態１に係る半導体光素子における光閉じ込め係数のリッジ上部クラッド層の層厚依存性を示す図である。

【図4】実施の形態１の変形例１に係る半導体光素子における共振器に垂直な方向の断面図である。

【図5】実施の形態１の変形例２に係る半導体光素子における共振器に垂直な方向の断面図である。

【図6】実施の形態１の変形例３に係る半導体光素子における共振器に垂直な方向の断面図である。

【図7】実施の形態２に係る半導体光素子における共振器に垂直な方向の断面図である。

【図8】実施の形態３に係る半導体光素子における共振器に垂直な方向の断面図である。

【図9】実施の形態４に係る半導体光素子の概観図である。

【図10】実施の形態４に係る半導体光素子における凹部を含むリッジ構造の共振器方向と平行な方向の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る半導体光素子１００の概観図であり、図２は、半導体光素子１００における共振器に垂直な方向の断面図である。
実施の形態１に係る半導体光素子１００は、ｎ型ＩｎＰ（インジウムリン、Ｉｎｄｉｕｍ Ｐｈｏｓｐｈｉｄｅ）基板５（第１導電型の半導体基板）に順次積層されたｎ型ＩｎＰクラッド層１１（第１導電型のクラッド層）及び活性層１２からなるストライプ状のリッジ構造１０と、ストライプ状のリッジ構造１０の両側面を埋め込むように形成されたｐ型ＩｎＰ第１埋め込み層２１（第２導電型の第１埋め込み層）及びｎ型ＩｎＰ第２埋め込み層２２（第１導電型の第２埋め込み層）からなる埋め込み構造２０と、リッジ構造１０の上部に設けられたｐ型ＩｎＰリッジ上部クラッド層３１（第２導電型のリッジ上部クラッド層）と、埋め込み構造２０の上部に設けられたｐ型ＩｎＰクラッド層３０（第２導電型のクラッド層）及びｐ型ＩｎＧａＡｓＰ（インジウムガリウムヒ素リン、Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ａｒｓｅｎｉｄｅ Ｐｈｏｓｐｈｉｄｅ）コンタクト層４０（第２導電型のコンタクト層）と、ｐ型ＩｎＰクラッド層３０及びｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４０内に設けられ底面がｐ型ＩｎＰリッジ上部クラッド層３１の上面であり側面がｐ型ＩｎＰクラッド層３０及びｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４０からなるストライプ状の凹部５１と、リッジ構造１０を含み、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４０からｎ型ＩｎＰ基板５に達するメサによって両側面が形成されたストライプ状のメサ構造５０と、凹部５１の底面及び側面、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４０の表面並びにメサ構造５０の両側面を覆う絶縁膜６０と、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４０上の絶縁膜６０に設けられたストライプ状の絶縁膜開口部６１と、絶縁膜開口部６１でｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４０と接するｐ側電極７０（第２導電側電極）と、ｎ型ＩｎＰ基板５の裏面側に設けられたｎ側電極７２（第１導電側電極）と、で構成される。

【0014】

実施の形態１に係る半導体光素子１００では、埋め込み構造２０により活性層１２の横方向、すなわち、ｎ型ＩｎＰ基板５の表面に平行な方向の光閉じ込めが大きくなることに加えて、凹部５１の存在により活性層１２の縦方向、すなわち、ｎ型ＩｎＰ基板５の表面に垂直な方向の光閉じ込めが大きくなるため、半導体光素子１００の緩和振動周波数が高くなるという効果を奏する。

【0015】

実施の形態１に係る半導体光素子１００では、さらに、ストライプ状のメサ構造５０の上面において、凹部５１の横方向に沿って形成された絶縁膜開口部６１を介してｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４０に接するｐ側電極７０を設ける素子構造としたので、活性層１２とｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４０との距離を長く設定できるため、活性層１２で発したレーザー光がｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４０で吸収されることによって生じる損失が抑制されるという効果を奏する。

【0016】

実施の形態１に係る半導体光素子１００の製造方法の一例を以下に説明する。
まず、Ｓｉ（シリコン、Ｓｉｌｉｃｏｎ）をドーピングしたキャリア濃度が４．０×１０^１８ｃｍ^－３であるｎ型ＩｎＰ基板５の（００１）結晶面からなる主面上に、キャリア濃度が４．０×１０^１８ｃｍ^－３、層厚が０．５μｍであるｎ型ＩｎＰクラッド層１１と、層厚が０．２μｍのＡｌＧａＩｎＡｓ（アルミニウムガリウムインジウムヒ素、Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｉｎｄｉｕｍ Ａｒｓｅｎｉｄｅ）系あるいはＩｎＧａＡｓＰ系半導体材料からなる活性層１２を、有機金属気相成長法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）あるいは分子線エピタキシー法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）等の結晶成長方法によって順次結晶成長する（第１結晶成長工程）。

【0017】

なお、ｎ型ＩｎＰクラッド層１１の構成材料はＩｎＰに限定されるわけではなく、ＩｎＰ系半導体材料であれば良い。

【0018】

上述の素子構造において、活性層１２は多重量子井戸構造を含んでも良い。また、活性層１２の上面及び下面に、ｎ型ＩｎＰクラッド層１１よりも屈折率を大きく設定したＡｌＧａＩｎＡｓ系あるいはＩｎＧａＡｓＰ系半導体材料からなる光閉込層を設けても良い。また、以上の説明ではＩｎＰ系半導体材料の例を挙げたが、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素、Ｇａｌｌｉｕｍ Ａｒｓｅｎｉｄｅ）系、あるいは、ＧａＮ（窒化ガリウム、Ｇａｌｌｉｕｍ Ｎｉｔｒｉｄｅ）系等の半導体材料を用いても良い。

【0019】

上記各層の結晶成長後、活性層１２の表面に、ＳｉＯ_２（二酸化ケイ素、Ｓｉｌｉｃｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ）等の絶縁体材料を成膜する。ＳｉＯ_２膜の成膜方法としては、例えば、真空蒸着法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スパッタリング法等が挙げられる。ＳｉＯ_２膜の成膜後、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、所望の幅を有し、共振器方向に延びるストライプ状のＳｉＯ_２膜にパターニングする。ストライプ状のＳｉＯ_２膜は、リッジ構造１０を形成するためのエッチングマスクとして機能する。なお、エッチングマスクはＳｉＯ_２膜に限らず、ＳｉＮ（窒化シリコン、Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ）膜でも良い。

【0020】

ＳｉＯ_２膜からなるエッチングマスクを用いて、ｎ型ＩｎＰ基板５あるいはｎ型ＩｎＰクラッド層１１に達する深さまでエッチングして、幅１．２μｍのリッジ構造１０を形成する（リッジ構造形成工程）。エッチング方法としては、ドライエッチングが好適ではあるが、ウェットエッチングを用いても良い。

【0021】

リッジ構造１０の形成後、リッジ構造１０の両側面を覆うように、Ｚｎ（亜鉛、Ｚｉｎｃ）をドーピングしたキャリア濃度が５．０×１０^１７ｃｍ^－３であるｐ型ＩｎＰ第１埋め込み層２１と、Ｓｉをドーピングしたキャリア濃度が６．０×１０^１８ｃｍ^－３であるｎ型ＩｎＰ第２埋め込み層２２とをＭＯＣＶＤ法等により順次結晶成長して、埋め込み構造２０を形成する（第２結晶成長工程）。

【0022】

なお、ｐ型ＩｎＰ第１埋め込み層２１の構成材料はＩｎＰに限定されるわけではなく、ＩｎＰ系半導体材料であれば良い。ｎ型ＩｎＰ第２埋め込み層２２も同様である。

【0023】

埋め込み構造２０の各埋め込み層は、Ｒｕ（ルテニウム、Ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ）、あるいは、Ｆｅ（鉄、Ｆｅｒｒｕｍ）をドーピングしたＩｎＰ等の半絶縁性材料を用いても良い。また、埋め込み構造２０の構成は上述の２層の構成に限られるものではなく、キャリア濃度あるいは導電性が異なる半導体層、さらにはこれらの複数の半導体層を組み合わせた積層体でも良い。埋め込み構造２０の結晶成長後、ドライエッチング等により、ストライプ状のＳｉＯ_２膜を除去する。

【0024】

次に、リッジ構造１０の上部及び埋め込み構造２０の表面に、Ｚｎをドーピングしたキャリア濃度が１．０×１０^１８ｃｍ^－３、層厚が２．０μｍであるｐ型ＩｎＰクラッド層３０及びＺｎをドーピングしたキャリア濃度が１．６×１０^１９ｃｍ^－３、層厚が０．３μｍであるｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４０を、ＭＯＣＶＤ法等により順次結晶成長する（第３結晶成長工程）。

【0025】

なお、ｐ型ＩｎＰクラッド層３０の構成材料はＩｎＰに限定されるわけではなく、ＩｎＰ系半導体材料であれば良い。また、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４０の構成材料はＩｎＧａＡｓＰに限定されるわけではなく、ＩｎＧａＡｓＰ系半導体材料であれば良い。

【0026】

上述の例では、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４０のキャリア濃度を１．６×１０^１９ｃｍ^－３としたが、かかる数値に限定されるわけではなく、ｐ型ＩｎＰクラッド層３０よりも高いキャリア濃度であれば良い。

【0027】

次に、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４０の表面に、共振器方向に延びるストライプ状のレジストパターンを形成する。かかるレジストパターンからなるエッチングマスクを用いて、ｎ型ＩｎＰ基板５あるいはｎ型ＩｎＰクラッド層１１に達する深さまでエッチングして、リッジ構造１０を内部に含む幅１０μｍのメサ構造５０を形成する（メサ構造形成工程）。エッチング方法としては、ウェットエッチングが好適であるが、ドライエッチングを用いても良い。

【0028】

メサ構造５０の形成後、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、メサ構造５０の上面でリッジ構造１０の上部に対応する部位に、共振器方向に延びるストライプ状のレジストパターンを形成する。かかるレジストパターンからなるエッチングマスクを用いて、リッジ構造１０の上部に対応した部位をエッチングする。すなわち、エッチングマスクの開口部のｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４０の全てとｐ型ＩｎＰクラッド層３０の一部をエッチングにより除去して、幅１．２μｍの凹部５１を形成する（凹部形成工程）。

【0029】

凹部５１の形成によって生じるｐ型ＩｎＰクラッド層３０においてリッジ構造１０の上部に残った部位が、ｐ型ＩｎＰリッジ上部クラッド層３１として機能する。ｐ型ＩｎＰリッジ上部クラッド層３１の層厚は、上述のエッチングにより、０．３～０．４μｍの範囲内に制御される。

【0030】

凹部５１の形成後、凹部５１の底面及び側面、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４０の表面並びにメサ構造５０の両側面を覆うように、ＳｉＯ_２等の絶縁体材料からなり膜厚が０．４μｍである絶縁膜６０を成膜する。絶縁膜６０の成膜方法としては、例えば、真空蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法等が挙げられる。

【0031】

絶縁膜６０の成膜後、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、絶縁膜６０上に共振器方向に延びるストライプ状のレジストパターンを形成した後、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４０の表面が露出するように絶縁膜６０をエッチングして、絶縁膜開口部６１を形成する。

【0032】

次に、絶縁膜開口部６１を介して、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４０と接するように、ｐ側電極７０を真空蒸着法あるいはスパッタリング法のような成膜技術を用いて成膜する。さらに、ｎ型ＩｎＰ基板５の裏面側には、ｎ側電極７２を同様な成膜方法によって成膜する（電極形成工程）。

【0033】

ｎ側電極７２とｐ側電極７０は、それぞれ、Ａｕ（金、Ａｕｒｕｍ）、Ｐｔ（白金、Ｐｌａｔｉｎｕｍ）、Ｚｎ、Ｇｅ（ゲルマニウム、Ｇｅｒｍａｎｉｕｍ）、Ｎｉ（ニッケル、Ｎｉｋｋｅｌ）、Ｔｉ（チタン、Ｔｉｔａｎｉｕｍ）等を含む金属単体、あるいはこれらの金属の２種類以上の組み合わせで構成される。

【0034】

半導体光素子１００は、レーザー光の光軸方向に劈開により形成された前端面と後端面とを備え、長さ２００μｍの共振器が形成される。
以上の各工程により、実施の形態１に係る半導体光素子１００が製造される。

【0035】

なお、上述の説明では、各半導体層のドーピング濃度、層厚、幅等の数値は典型的な一例を示しており、例示された数値あるいは範囲に限定されるわけではない。

【0036】

図３は、実施の形態１に係る半導体光素子１００において、図２の断面図に示される、ｐ型ＩｎＰリッジ上部クラッド層３１の層厚ｈを変えた場合の光閉じ込め係数Γの変化について、ビーム伝搬法（Ｂｅａｍ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ：ＢＰＭ）によりシミュレーションを行った結果を示している。なお、シミュレーションに際しては、活性層１２の屈折率は３．４２、ｎ型ＩｎＰクラッド層１１、ｐ型ＩｎＰクラッド層３０、ｐ型ＩｎＰリッジ上部クラッド層３１の屈折率はそれぞれ３．２１と仮定した。

【0037】

ｐ型ＩｎＰリッジ上部クラッド層３１の層厚が０．３μｍ以上の場合は、ｐ型ＩｎＰリッジ上部クラッド層３１の層厚ｈが厚いほど光閉じ込め係数Γは小さくなり、層厚ｈが薄いほど光閉じ込め係数Γは大きくなる。

【0038】

しかしながら、ｐ型ＩｎＰリッジ上部クラッド層３１の層厚が０．３μｍ未満の場合は、ｐ型ＩｎＰリッジ上部クラッド層３１の層厚ｈが薄くなるほど、光閉じ込め係数Γは急激に小さくなる。

【0039】

以上のシミュレーション結果から、ｐ型ＩｎＰリッジ上部クラッド層３１の層厚ｈは０．３～０．４μｍの範囲内に設定することが好適である。また、ｐ型ＩｎＰリッジ上部クラッド層３１の層厚ｈだけでなく、ｎ型ＩｎＰクラッド層１１の層厚あるいは活性層１２の上面及び下面に形成した光閉込層の層厚を調整することで、さらに光閉じ込め係数Γを大きくしても良い。

【0040】

以上、実施の形態１に係る半導体光素子によれば、メサ構造に設けた凹部によって、活性層の上部に設けられたリッジ上部クラッド層の層厚を、活性層の上部以外に設けられたクラッド層よりも薄くすることが可能となるので、縦方向における活性層への光閉じ込めが大きくなり、緩和振動周波数が高くなるため、高速変調が可能となる半導体光素子が得られるという効果を奏する。

【0041】

実施の形態１の変形例１．
図４は、実施の形態１の変形例１に係る半導体光素子２００における共振器に垂直な方向の断面図である。なお、図４において、ｎ型ＩｎＰ基板５は省略している。実施の形態１に係る半導体光素子１００の断面図を示す図２において、凹部５１の光軸方向に垂直な方向の断面は、上方に開口を有する矩形状を呈しているが、実施の形態１の変形例１に係る半導体光素子２００では、凹部５２の底面が曲面を呈している。すなわち、凹部５２の光軸方向に垂直な方向における断面は、Ｕ字状を呈している。

【0042】

凹部５２は、例えば、臭化水素（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｂｒｏｍｉｄｅ：ＨＢｒ）のようなＢｒ系薬液等をエッチャントとして用いたウェットエッチングにより形成される。

【0043】

実施の形態１の変形例１に係る半導体光素子２００では、実施の形態１に係る半導体光素子１００と同様、凹部５２を設けることにより、縦方向における活性層１２への光閉じ込めが大きくなり、緩和振動周波数が高くなるため、高速変調が可能となる半導体光素子が得られるという効果を奏する。

【0044】

実施の形態１の変形例１に係る半導体光素子２００では、さらに、ｎ型ＩｎＰ第２埋め込み層２２と凹部５２の間の間隔が広がるため、半導体光素子２００の素子抵抗が低減されるので、動作電流を小さくできるという効果を奏する。

【0045】

実施の形態１の変形例２．
図５は、実施の形態１の変形例２に係る半導体光素子３００における共振器に垂直な方向の断面図である。なお、図５において、ｎ型ＩｎＰ基板５は省略している。実施の形態１に係る半導体光素子１００の断面図を示す図２において、絶縁膜開口部６１は凹部５１によって分断されるメサ構造５０の上面の一方の領域のみに形成されている。

【0046】

一方、実施の形態１の変形例２に係る半導体光素子３００では、メサ構造５０の上面のもう一方の領域、つまり、他方の領域にも絶縁膜開口部６２を設け、絶縁膜開口部６２においてｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４０の表面と接するようにｐ側電極７１が形成されている。

【0047】

すなわち、メサ構造５０の上面において、凹部５１を挟んで対向する位置に絶縁膜開口部６１及び絶縁膜開口部６２がそれぞれ設けられ、さらに、各開口部において、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４０の表面と接するように、ｐ側電極７０及びｐ側電極７１がそれぞれ設けられている。なお、凹部５１はＢｒ系薬液等を用いたウェットエッチングによりＵ字状を呈するように形成しても良い。

【0048】

実施の形態１の変形例２に係る半導体光素子３００では、実施の形態１に係る半導体光素子１００と同様、凹部５１を設けることにより、縦方向における活性層１２への光閉じ込めが大きくなり、緩和振動周波数が高くなるため、高速変調が可能となる半導体光素子が得られるという効果を奏する。

【0049】

実施の形態１の変形例２に係る半導体光素子３００では、さらに、２つのｐ側電極７０及びｐ側電極７１から活性層１２へ均等に電流注入することが可能となるため、半導体光素子の発熱を抑制し、かつ、消費電力を抑える効果を奏する。

【0050】

実施の形態１の変形例３．
図６は、実施の形態１の変形例３に係る半導体光素子４００における共振器に垂直な方向の断面図である。なお、図６において、ｎ型ＩｎＰ基板５は省略している。実施の形態１に係る半導体光素子１００の断面図を示す図２において、リッジ構造１０及び凹部５１はメサ構造５０の中央に設けられているが、実施の形態１の変形例３に係る半導体光素子４００では、リッジ構造１０及び凹部５１をメサ構造５０の中央から共振器方向と垂直な方向へずらした位置に設けている。

【0051】

すなわち、ｎ型ＩｎＰ基板５の表面に垂直な方向におけるメサ構造５０の中心軸に対して、メサ構造５０内で、リッジ構造１０及び凹部５１の中心軸が予め設定された間隔で離間している。なお、凹部５１はＢｒ系薬液等を用いたウェットエッチングによりＵ字状に形成しても良い。

【0052】

実施の形態１の変形例３に係る半導体光素子４００では、実施の形態１に係る半導体光素子１００と同様、凹部５１を設けることにより、縦方向における活性層１２への光閉じ込めが大きくなり、緩和振動周波数が高くなるため、高速変調が可能となる半導体光素子が得られるという効果を奏する。

【0053】

実施の形態１の変形例３に係る半導体光素子４００では、さらに、メサ構造５０内で、メサ構造５０の中心軸に対してリッジ構造１０及び凹部５１の中心軸が予め設定された間隔で離間しているので、メサ構造５０の上面の一方側の面積が広くなるため、絶縁膜開口部６１の開口幅も広くできるので、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４０とｐ側電極７０の接触面積も広くすることが可能となるため、接触抵抗が低減する結果、半導体光素子の素子抵抗が低減され、動作電流を小さくできるという効果を奏する。

【0054】

実施の形態２．
図７は、実施の形態２に係る半導体光素子５００における共振器に垂直な方向の断面図である。
実施の形態２に係る半導体光素子５００は、ｐ型ＩｎＰ基板６（第１導電型の半導体基板）に順次積層されたｐ型ＩｎＰクラッド層１４（第１導電型のクラッド層）及び活性層１２からなるストライプ状のリッジ構造１３と、ストライプ状のリッジ構造１３の両側面を埋め込むように形成されたｐ型ＩｎＰ第１埋め込み層２３ａ（第１導電型の第１埋め込み層）、ｎ型ＩｎＰ第２埋め込み層２１ａ（第２導電型の第２埋め込み層）及びｐ型ＩｎＰ第３埋め込み層２２ａ（第１導電型の第３埋め込み層）からなる埋め込み構造２４と、リッジ構造１３の上部に設けられ層厚が０．３～０．４μｍの範囲内であるｎ型ＩｎＰリッジ上部クラッド層３３（第２導電型のリッジ上部クラッド層）と、埋め込み構造２４の上部に設けられたｎ型ＩｎＰクラッド層３２（第２導電型のクラッド層）及びｎ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４１（第２導電型のコンタクト層）と、ｎ型ＩｎＰクラッド層３２及びｎ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４１内に設けられ底面がｎ型ＩｎＰリッジ上部クラッド層３３の上面であり側面がｎ型ＩｎＰクラッド層３２及びｎ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４１からなるストライプ状の凹部５１と、リッジ構造１３を含みｎ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４１からｐ型ＩｎＰ基板６に達するメサによって両側面が形成されたストライプ状のメサ構造５３と、凹部５１の底面及び側面、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４１の表面並びにメサ構造５３の両側面を覆う絶縁膜６０と、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４１上の絶縁膜６０に設けられたストライプ状の絶縁膜開口部６１と、絶縁膜開口部６１でｎ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４１と接するｎ側電極７２（第２導電側電極）と、ｐ型ＩｎＰ基板６の裏面側に設けられたｐ側電極７０（第１導電側電極）と、で構成される。

【0055】

実施の形態２に係る半導体光素子５００では、実施の形態１に係る半導体光素子１００と同様、埋め込み構造２４により活性層１２の横方向、すなわち、ｐ型ＩｎＰ基板６の表面に平行な方向の光閉じ込めが大きくなることに加えて、凹部５１の存在により活性層１２の縦方向、すなわち、ｐ型ＩｎＰ基板６の表面に垂直な方向の光閉じ込めが大きくなるため、半導体光素子５００の緩和振動周波数が高くなるという効果を奏する。

【0056】

実施の形態２に係る半導体光素子５００では、さらに、ストライプ状のメサ構造５３の上面において凹部５１の横方向に沿って形成された絶縁膜開口部６１を介してｎ側電極７２を設けることで、活性層１２とｎ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４１との距離を長く設定できるため、レーザー光がｎ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４１で吸収されることによって生じる損失が抑制されるという効果を奏する。

【0057】

実施の形態２に係る半導体光素子５００の製造方法の一例を以下に説明する。
まず、Ｚｎをドーピングしたキャリア濃度が１．２×１０^１８ｃｍ^－３であるｐ型ＩｎＰ基板６の（００１）結晶面からなる主面上に、キャリア濃度が１．２×１０^１８ｃｍ^－３、層厚が１．８μｍであるｐ型ＩｎＰクラッド層１４と、層厚が０．２μｍであるＡｌＧａＩｎＡｓ系あるいはＩｎＧａＡｓＰ系半導体材料からなる活性層１２を、ＭＯＣＶＤ法あるいはＭＢＥ法等の結晶成長方法によって順次結晶成長する（第１結晶成長工程）。

【0058】

上述の素子構造において、活性層１２は多重量子井戸構造を含んでも良い。また、活性層１２の上面及び下面に、ｐ型ＩｎＰクラッド層１４よりも屈折率を大きく設定したＡｌＧａＩｎＡｓ系あるいはＩｎＧａＡｓＰ系半導体材料からなる光閉込層を設けても良い。また、以上の説明ではＩｎＰ系半導体材料の例を挙げたが、ＧａＡｓ系あるいはＧａＮ系等の半導体材料を用いても良い。

【0059】

上記各層の結晶成長後、活性層１２の表面に、ＳｉＯ_２等の絶縁体材料を成膜する。ＳｉＯ_２膜の成膜方法としては、例えば、真空蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法等が挙げられる。ＳｉＯ_２膜の成膜後、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、所望の幅を有し、共振器方向に延びるストライプ状のＳｉＯ_２膜にパターニングする。ストライプ状のＳｉＯ_２膜は、リッジ構造１３を形成するためのエッチングマスクとして機能する。なお、エッチングマスクはＳｉＯ_２膜に限らず、ＳｉＮ膜でも良い。

【0060】

エッチングマスクを用いて、ｐ型ＩｎＰ基板６あるいはｐ型ＩｎＰクラッド層１４に達する深さまでエッチングして、幅１．２μｍのリッジ構造１３を形成する（リッジ構造形成工程）。エッチング方法としては、ドライエッチングが好適ではあるが、ウェットエッチングを用いても良い。

【0061】

リッジ構造１３の形成後、リッジ構造１３の両側面を覆うように、Ｚｎをドーピングしたキャリア濃度が１．０×１０^１７ｃｍ^－３であるｐ型ＩｎＰ第１埋め込み層２３ａと、Ｓｉをドーピングしたキャリア濃度が７．０×１０^１８ｃｍ^－３であるｎ型ＩｎＰ第２埋め込み層２１ａと、Ｚｎをドーピングしたキャリア濃度が２．０×１０^１８ｃｍ^－３であるｐ型ＩｎＰ第３埋め込み層２２ａとをＭＯＣＶＤ法等により順次結晶成長して、埋め込み構造２４を形成する（第２結晶成長工程）。

【0062】

なお、ｐ型ＩｎＰ第１埋め込み層２３ａの構成材料はＩｎＰに限定されるわけではなく、ＩｎＰ系半導体材料であれば良い。ｎ型ＩｎＰ第２埋め込み層２１ａとｐ型ＩｎＰ第３埋め込み層２２ａも同様である。

【0063】

埋め込み構造２４の各埋め込み層は、ＲｕあるいはＦｅをドーピングしたＩｎＰ等の半絶縁性材料を用いても良い。また、埋め込み構造２４の構成は、上述の３層の構成に限られるものではなく、キャリア濃度あるいは導電性が異なる半導体層、さらには、これらの複数の半導体層を組み合わせた積層体でも良い。埋め込み構造２４の結晶成長後、ドライエッチング等によりストライプ状のＳｉＯ_２膜を除去する。

【0064】

次に、リッジ構造１３の上面及び埋め込み構造２４の表面に、Ｓｉをドーピングしたキャリア濃度が９．０×１０^１７ｃｍ^－３、層厚が２．０μｍであるｎ型ＩｎＰクラッド層３２、Ｓｉをドーピングしたキャリア濃度が６．６×１０^１８ｃｍ^－３、層厚が０．５μｍであるｎ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４１を、ＭＯＣＶＤ法等により順次結晶成長する（第３結晶成長工程）。

【0065】

なお、ｎ型ＩｎＰクラッド層３２の構成材料はＩｎＰに限定されるわけではなく、ＩｎＰ系半導体材料であれば良い。また、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４１の構成材料はＩｎＧａＡｓＰに限定されるわけではなく、ＩｎＧａＡｓＰ系半導体材料であれば良い。

【0066】

上述の例では、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４１のキャリア濃度を６．６×１０^１８ｃｍ^－３としたが、かかる数値に限定されるわけではなく、ｎ型ＩｎＰクラッド層３２よりも高いキャリア濃度であれば良い。

【0067】

次に、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４１の表面に、共振器方向に延びるストライプ状のレジストパターンを形成する。かかるレジストパターンからなるエッチングマスクを用いて、ｐ型ＩｎＰ基板６あるいはｐ型ＩｎＰクラッド層１４に達する深さまでエッチングして、リッジ構造１３を内部に含む幅１０μｍのメサ構造５３を形成する（メサ構造形成工程）。エッチング方法としては、ウェットエッチングが好適であるが、ドライエッチングを用いても良い。

【0068】

メサ構造５３の形成後、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、メサ構造５３の上面でリッジ構造１３の上部に対応する部位に、共振器方向に延びるストライプ状のレジストパターンを形成する。かかるレジストパターンからなるエッチングマスクを用いて、リッジ構造１３の上部に対応した部位をエッチングする。すなわち、エッチングマスクの開口部のｎ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４１の全てとｎ型ＩｎＰクラッド層３２の一部をエッチングにより除去して、幅１．２μｍの凹部５１を形成する（凹部形成工程）。

【0069】

凹部５１の形成によって生じるｎ型ＩｎＰクラッド層３２においてリッジ構造１３の上面に残った部位が、ｎ型ＩｎＰリッジ上部クラッド層３３として機能する。ｎ型ＩｎＰリッジ上部クラッド層３３の層厚は、上述のエッチングにより、０．３～０．４μｍの範囲内に制御される。

【0070】

凹部５１の形成後、凹部５１の底部及び側面、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４１の表面並びにメサ構造５３の両側面を覆うように、ＳｉＯ_２等の絶縁体材料からなり膜厚が０．４μｍである絶縁膜６０を成膜する。絶縁膜６０の成膜方法としては、例えば、真空蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法等が挙げられる。

【0071】

絶縁膜６０の成膜後、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、共振器方向に延びるストライプ状のレジストパターンを形成した後、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４１の表面が露出するように絶縁膜６０をエッチングして、絶縁膜開口部６１を形成する。

【0072】

次に、絶縁膜開口部６１を介して、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４１と接するように、ｎ側電極７２を真空蒸着法あるいはスパッタリング法のような成膜技術を用いて成膜する。さらに、ｐ型ＩｎＰ基板６の裏面側には、ｐ側電極７０を同様な成膜方法によって成膜する（電極形成工程）。

【0073】

ｎ側電極７２とｐ側電極７０は、それぞれ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｎｉ、Ｔｉ等を含む金属単体、あるいはこれらの金属の２種類以上の組み合わせで構成される。

【0074】

半導体光素子５００は、レーザー光の光軸方向に劈開により形成された前端面と後端面とを備え、長さ２００μｍの共振器が形成される。
以上の各工程により、実施の形態２に係る半導体光素子５００が製造される。

【0075】

なお、上述の説明では、各半導体層のドーピング濃度、層厚、幅等の数値は典型的な一例を示しており、例示された数値あるいは範囲に限定されるわけではない。

【0076】

実施の形態２の変形例として、凹部５１を、Ｂｒ系薬液等を用いたウェットエッチングによりＵ字状に形成しても良い。かかる変形例においても、凹部５１により活性層１２の縦方向における光閉じ込めが大きくなることによる効果を得ることができる。また、ｐ型ＩｎＰ第３埋め込み層２２ａと凹部５１との間の距離が広がるため、素子抵抗が低減するので、動作電流を小さくできる効果を奏する。

【0077】

実施の形態２に係る半導体光素子５００では、絶縁膜開口部６１は凹部５１の横方向のメサ構造５３の上面の一方側にのみに形成されているが、もう一方のメサ構造５３の上面にも絶縁膜開口部を設け、２つ目のｎ側電極を形成しても良い。この場合、活性層１２から２つのｎ側電極へ均等に電流を流すことができるようになるため、半導体光素子の発熱を抑制し消費電力を抑えるという効果を奏する。

【0078】

また、実施の形態２の他の変形例として、リッジ構造１３及び凹部５１をメサ構造５３の中央から共振器方向と垂直な方向へずらした位置に設けてもよい。かかる変形例においても、凹部５１により活性層１２の縦方向における光閉じ込めが大きくなることによる効果を奏する。

【0079】

以上、実施の形態２に係る半導体光素子では、実施の形態１に係る半導体光素子とは反対の導電型の半導体基板及び層構成を採用しても、メサ構造に設けた凹部によって、活性層の上部に設けられたリッジ上部クラッド層の層厚を、活性層の上部以外に設けられたクラッド層よりも薄くすることが可能となるので、縦方向における活性層への光閉じ込めが大きくなり、緩和振動周波数が高くなるため、高速変調が可能となる半導体光素子が得られるという効果を奏する。

【0080】

実施の形態３．
図８は、実施の形態３に係る半導体光素子６００における共振器に垂直な方向の断面図である。なお、図８において、ｎ型ＩｎＰ基板５は省略している。
実施の形態３に係る半導体光素子６００は、ｎ型ＩｎＰ基板５（第１導電型の半導体基板）に順次積層されたｎ型ＩｎＰクラッド層１１（第１導電型のクラッド層）及び活性層１２からなるストライプ状のリッジ構造１０と、ストライプ状のリッジ構造１０の両側面を埋め込むように形成されたｐ型ＩｎＰ第１埋め込み層２１（第２導電型の第１埋め込み層）及びｎ型ＩｎＰ第２埋め込み層２２（第１導電型の第２埋め込み層）からなる埋め込み構造２０と、リッジ構造１０の上部に設けられ層厚が０．３～０．４μｍの範囲内であるｐ型ＩｎＰリッジ上部クラッド層３１（第２導電型のリッジ上部クラッド層）と、リッジ構造１０の一方側の埋め込み構造２０の表面に設けられたｐ型ＩｎＰ第１クラッド層３０ａ（第２導電型の第１クラッド層）及びｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４０（第２導電型のコンタクト層）と、リッジ構造１０の他方側の埋め込み構造２０の表面に設けられｐ型ＩｎＰリッジ上部クラッド層３１と同一の平面をなすｐ型ＩｎＰ第２クラッド層３０ｂ（第２導電型の第２クラッド層）と、ｐ型ＩｎＰ第２クラッド層３０ｂ及びｐ型ＩｎＰリッジ上部クラッド層３１の上面並びにｐ型ＩｎＰ第１クラッド層３０ａ及びｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４０の側面からなる段差部５４と、リッジ構造１０を含み、一方側がｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４０からｎ型ＩｎＰ基板５に達し、他方側が段差部５４からｎ型ＩｎＰ基板５に達するメサによって両側面が形成されたストライプ状のメサ構造５０と、段差部５４、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４０及びメサ構造５０の両側面を覆う絶縁膜６０と、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４０上の絶縁膜６０に設けられたストライプ状の絶縁膜開口部６１と、絶縁膜開口部６１でｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４０と接するｐ側電極７０（第２導電側電極）と、ｎ型ＩｎＰ基板５の裏面側に設けられたｎ側電極７２（第１導電側電極）と、で構成される。

【0081】

実施の形態３に係る半導体光素子６００では、埋め込み構造２０により活性層１２の横方向における光閉じ込めが大きくなることに加えて、段差部５４により活性層１２の縦方向における光閉じ込めが大きくなるため、半導体光素子６００の緩和振動周波数が高くなるという効果を奏する。

【0082】

実施の形態３に係る半導体光素子６００では、さらに、ストライプ状のメサ構造５０において、段差部５４とは反対側の上面に形成された絶縁膜開口部６１を介してｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４０と接するｐ側電極７０を設ける素子構造としたので、活性層１２とｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４０との距離を長く設定できるため、活性層１２で発したレーザー光がｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４０で吸収されることによって生じる損失が抑制されるという効果を奏する。

【0083】

実施の形態３に係る半導体光素子６００の段差部５４は、例えば以下のように作製できる。まず、メサ構造５０の上面をＳｉＯ_２等の絶縁体材料を用いて共振器方向に延びるストライプ状のエッチングマスクを形成する。エッチングマスクを用いて、メサ構造５０の一方の側面からリッジ構造１０の上部までのｐ型ＩｎＰ第１クラッド層３０ａ及びｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４０をエッチングして除去することにより、層厚が０．３～０．４μｍの範囲内であるｐ型ＩｎＰリッジ上部クラッド層３１及び段差部５４を形成する。この際、ｐ型ＩｎＰリッジ上部クラッド層３１と同一の平面をなすｐ型ＩｎＰ第２クラッド層３０ｂも同時に形成される。半導体光素子６００のその他の構成は実施の形態１に係る半導体光素子１００と同様であるので、上述した実施の形態１に係る半導体光素子１００と同様の製造方法で作製できる。

【0084】

以上、実施の形態３に係る半導体光素子では、メサ構造に設けた段差部によって、活性層の上部に設けられたリッジ上部クラッド層の層厚を、活性層の上部以外に設けられたクラッド層よりも薄くすることが可能となるので、縦方向における活性層への光閉じ込めが大きくなるという効果に加えて、活性層とｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層との距離を長く設定できるため、活性層で発したレーザー光がｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層で吸収されることによって生じる損失が抑制されるという効果も奏する。

【0085】

実施の形態４．
図９は実施の形態４に係る半導体光素子７００の概観図であり、図１０は、図９における半導体光素子７００のＡ－Ａ部分の断面図、すなわち、凹部５５を含むリッジ構造１０における共振器方向と平行な方向の断面図である。なお、図９及び図１０において、ｎ型ＩｎＰ基板５は省略している。

【0086】

実施の形態４に係る半導体光素子７００は、ｎ型ＩｎＰ基板５（第１導電型の半導体基板）に順次積層されたｎ型ＩｎＰクラッド層１１（第１導電型のクラッド層）及び活性層１２からなるストライプ状のリッジ構造１０と、ストライプ状のリッジ構造１０の両側面を埋め込むように形成されたｐ型ＩｎＰ第１埋め込み層２１（第２導電型の第１埋め込み層）及びｎ型ＩｎＰ第２埋め込み層２２（第１導電型の第２埋め込み層）からなる埋め込み構造２０と、リッジ構造１０の上部に設けられ層厚が０．３～０．４μｍの範囲内であり共振器方向の両端部を除く領域に形成されたｐ型ＩｎＰリッジ上部クラッド層３１（第２導電型のリッジ上部クラッド層）と、埋め込み構造２０の表面に設けられたｐ型ＩｎＰクラッド層３０（第２導電型のクラッド層）及びｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４０（第２導電型のコンタクト層）と、ｐ型ＩｎＰクラッド層３０及びｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４０内に設けられ底面がｐ型ＩｎＰリッジ上部クラッド層３１の上面であり側面がｐ型ＩｎＰクラッド層３０及びｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４０からなり、ｐ型ＩｎＰリッジ上部クラッド層３１の形状と対応するように共振器方向の両端部を除く領域に形成されたストライプ状の凹部５５と、リッジ構造１０を含み、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４０からｎ型ＩｎＰ基板５に達するメサによって両側面が形成されたストライプ状のメサ構造５０と、凹部５５の底面及び側面、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４０の表面並びにメサ構造５０の両側面を覆う絶縁膜６０と、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４０上の絶縁膜６０に設けられたストライプ状の絶縁膜開口部６１と、絶縁膜開口部６１でｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４０と接するｐ側電極７０（第２導電側電極）と、ｎ型ＩｎＰ基板５の裏面側に設けられたｎ側電極７２（第１導電側電極）と、で構成される。

【0087】

実施の形態４に係る半導体光素子７００では、埋め込み構造２０により活性層１２の横方向における光閉じ込めが大きくなることに加えて、凹部５５の存在により活性層１２の縦方向における光閉じ込めが大きくなるため、半導体光素子７００の緩和振動周波数が高くなるという効果を奏する。

【0088】

また、実施の形態４に係る半導体光素子７００では、ストライプ状のメサ構造５０の上面において、凹部５５の横方向に沿って形成された絶縁膜開口部６１を介してｐ側電極７０を設ける素子構造としたので、活性層１２とｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４０との距離を長く設定できるため、活性層１２で発したレーザー光がｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４０で吸収されることによって生じる損失が抑制されるという効果を奏する。

【0089】

実施の形態４に係る半導体光素子７００では、さらに、凹部５５は半導体光素子７００の共振器方向の両端部を除く領域に形成されている。すなわち、共振器方向において両端面から予め設定された領域では、ｐ型ＩｎＰリッジ上部クラッド層３１及び凹部５５が設けられていない。

【0090】

かかる素子構造の採用により、半導体光素子７００の両端面の近傍の領域における活性層１２の光閉じ込めは、凹部５５が設けられている領域の光閉じ込めと比べて相対的に小さくなるので、半導体光素子において光閉じ込めを大きく設定した際に発生する光密度の増大による端面損傷の発生が抑制される結果、高出力動作が可能であり、かつ、高信頼性の半導体光素子が得られるという効果を奏する。

【0091】

実施の形態４に係る半導体光素子７００の凹部５５は、例えば以下のように作製できる。
まず、メサ構造５０の上面に、ＳｉＯ_２等の絶縁体材料を用いてエッチングマスクを形成する。次に、リッジ構造１０の上部に、共振器方向の両端部を除く領域をエッチングできるようにレジストをパターニングする。レジストマスクの形成後、ｐ型ＩｎＰクラッド層３０及びｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４０をエッチングすることにより、層厚が０．３～０．４μｍであるｐ型ＩｎＰリッジ上部クラッド層３１及び凹部５５を形成する。

【0092】

凹部５５の形成に際しては、図１０の共振器方向に沿った断面図に示すように、半導体光素子７００の前端面と凹部５５との距離ａ及び後端面と凹部５５との距離ｂを、劈開時の位置ずれを考慮して１０μｍ程度とするのが望ましい。しかしながら、距離ａ及び距離ｂはかかる数値に限定されるわけではない。半導体光素子７００のその他の構成は実施の形態１に係る半導体光素子１００と同様であるので、上述した実施の形態１に係る半導体光素子１００と同様の製造方法で作製できる。

【0093】

以上、実施の形態４に係る半導体光素子では、メサ構造に設けた凹部によって、活性層の上部に設けられたリッジ上部クラッド層の層厚を、活性層の上部以外に設けられたクラッド層よりも薄くすることが可能となるので、縦方向における活性層への光閉じ込めが大きくなり、緩和振動周波数が高くなるという効果に加えて、半導体光素子の両端面の近傍の領域における活性層の光閉じ込めを、凹部が設けられている領域の光閉じ込めと比べて相対的に小さくしたので、光密度の増大による端面損傷の発生が抑制される結果、高出力動作が可能であり、かつ、高信頼性の半導体光素子が得られるという効果も奏する。

【0094】

本開示は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。

【0095】

従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

【符号の説明】

【0096】

５ ｎ型ＩｎＰ基板（第１導電型の半導体基板）、６ ｐ型ＩｎＰ基板（第１導電型の半導体基板）、１０、１３ リッジ構造、１１ ｎ型ＩｎＰクラッド層（第１導電型のクラッド層）、１２ 活性層、１４ ｐ型ＩｎＰクラッド層（第１導電型のクラッド層）、２０、２４ 埋め込み構造、２１ ｐ型ＩｎＰ第１埋め込み層（第２導電型の第１埋め込み層）、２１ａ ｎ型ＩｎＰ第２埋め込み層（第２導電型の第２埋め込み層）、２２ ｎ型ＩｎＰ第２埋め込み層（第１導電型の第２埋め込み層）、２２ａ ｐ型ＩｎＰ第３埋め込み層（第１導電型の第３埋め込み層）、２３ａ ｐ型ＩｎＰ第１埋め込み層（第１導電型の第１埋め込み層）、３０ ｐ型ＩｎＰクラッド層（第２導電型のクラッド層）、３０ａ ｐ型ＩｎＰ第１クラッド層（第２導電型の第１クラッド層）、３０ｂ ｐ型ＩｎＰ第２クラッド層（第２導電型の第２クラッド層）、３１ ｐ型ＩｎＰリッジ上部クラッド層（第２導電型のリッジ上部クラッド層）、３２ ｎ型ＩｎＰクラッド層（第２導電型のクラッド層）、３３ ｎ型ＩｎＰリッジ上部クラッド層（第２導電型のリッジ上部クラッド層）、４０ ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層（第２導電型のコンタクト層）、４１ ｎ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層（第２導電型のコンタクト層）、５０、５３ メサ構造、５１、５２、５５ 凹部、５４ 段差部、６０ 絶縁膜、６１、６２ 絶縁膜開口部、７０、７１ ｐ側電極（第２導電側電極）、７２ ｎ側電極（第１導電側電極）、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００ 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】