JP6736413B2 - 半導体光素子、光モジュール及び半導体光素子の製造方法 - Google Patents

半導体光素子、光モジュール及び半導体光素子の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、半導体光素子、光モジュール及び半導体光素子の製造方法に関する。
レーザ部と、ミラー等を含みレーザ光の状態を変換する光機能部とが集積された半導体光素子が知られている。半導体光素子は、通電範囲を狭めて寄生容量を低減するための溝を有する場合がある。
下記特許文献１には、レーザ光の光路を変える反射部を備えた水平共振器面出射型レーザが記載されている。
下記特許文献２には、光の導波方向と交差する断面が互いに異なる第１メサ型光導波路と第２メサ型光導波路を備える光集積回路が記載されている。
下記特許文献３には、半導体層の層面に沿った方向の導電性を阻止する領域を少なくとも有する半導体光デバイスが記載されている。
下記特許文献４には、半導体レーザとモード変換用導波路とを集積し、半導体レーザの領域よりもモード変換用導波路の領域における間隔が広がっている一対の溝を有する光半導体装置が記載されている。
下記非特許文献１には、光出射端に窓構造を集積したλ／４シフトＤＦＢレーザが記載されている。
国際公開第１１／０６５５１７号 特開２０１４−３５５４０号公報 特開２００８−２０５４９９号公報 特開平９−１２９９６４号公報
Ｓ.Ｈｉｒａｔａ, et al、"λ／４―ＳＨＩＦＴＥＤ ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ ＤＦＢ ＬＡＳＥＲＳ ＷＩＴＨ ＤＯＵＢＬＥ ＷＩＮＤＯＷ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ"、ＩＥＥＥ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ、ｖｏｌ２３、Ｎｏ．１２、１９８７年６月４日、６２７−６２８頁
例えば特許文献３に開示されているように、ストライプ状に形成されたリッジ部を挟むように１対の溝を設けて、活性層を分断する場合がある。これにより、活性層を通じた通電範囲が狭まる。しかしながら、レーザ部と光機能部が集積された半導体光素子の場合、光機能部を通じた通電経路も存在するため、活性層を分断する溝を設けるだけでは通電範囲が十分に狭まらず、寄生容量が十分に低減されない場合がある。
特許文献４では、同じ高さの層で形成されるレーザ領域及び導波路領域について、一体的に溝を形成している。ここで、リッジ部を備えるレーザ部と光機能部とが集積された半導体光素子について特許文献４に開示された構成を適用することが考えられるが、特許文献４に開示された構成を適用するためには光機能部の高さをリッジ部の底面と同じ高さに形成する必要があり、そのような構成を採用すると光機能部の高さが不十分となって、光機能部によるレーザ光の状態変換機能が十分に発揮されないおそれがある。
そこで、本発明は、光機能部によるレーザ光の状態変換が確実に行なわれ、寄生容量が低減された半導体光素子、光モジュール及び半導体光素子の製造方法を提供することを目的とする。
（１）上記課題を解決するために、本発明に係る半導体光素子は、第１導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層の上の少なくとも一部に設けられ、発光層を含む活性層と、前記第１導電型半導体層の上、及び前記活性層の上に設けられ、ストライプ状に形成されたリッジ部を含む第２導電型半導体層と、前記リッジ部の両側の底面に一対形成され、前記活性層を分断する第１の溝と、少なくとも前記第１導電型半導体層及び前記第２導電型半導体層を含み、前記発光層から発せられる光の状態を変換し、前記リッジ部の底面より高さが高い光機能部と、少なくとも一部が前記光機能部に形成され、端部が前記第１の溝に接続して、前記第２導電型半導体層を分断し、内壁面の最大高さが前記第１の溝の内壁面の最大高さより高い第２の溝と、を備える。
（２）上記（１）に記載の半導体光素子であって、前記第２の溝は、前記第１の溝の前記光機能部側の端部から離間して前記第１の溝に接続する、半導体光素子。
（３）上記（２）に記載の半導体光素子であって、前記第２の溝は、前記第１の溝の延伸方向と同じ方向に延伸する並行部と、前記第１の溝の延伸方向と異なる方向に延伸する接続部を含み、前記接続部は、前記第１の溝の前記光機能部側の端部から離間して前記第１の溝に接続する、半導体光素子。
（４）上記（１）に記載の半導体光素子であって、前記第２の溝は、前記第２の溝の端部が前記第１の溝の前記光機能部側の端部と一部重畳するように前記第１の溝に接続する、半導体光素子。
（５）上記（１）乃至（４）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の溝の幅は、前記第１の溝の幅より広い、半導体光素子。
（６）上記（１）乃至（５）のいずれか１項に記載の半導体光素子であって、前記光機能部は、前記発光層から発せられた光の進行方向を変換するミラーを含み、前記第２の溝は、前記ミラーを貫くように形成される、半導体光素子。
（７）上記（１）乃至（５）のいずれか１項に記載の半導体光素子であって、前記光機能部は、前記発光層から発せられた光の進行方向を変換するミラーを含み、前記第２の溝は、平面視において前記ミラーを囲むように形成される、半導体光素子。
（８）上記（１）乃至（５）のいずれか１項に記載の半導体光素子であって、前記光機能部は、前記第１導電型半導体層の上に設けられる光吸収層により前記発光層から発せられた光の振幅を変調する光変調器を含み、前記第１の溝は、前記活性層及び前記光吸収層を分断するように形成される、半導体光素子。
（９）上記（１）乃至（５）のいずれか１項に記載の半導体光素子であって、前記光機能部は、窓部を含み、前記第２の溝は、前記窓部を貫いて、前記窓部の端面に至るように形成される、半導体光素子。
（１０）上記（９）に記載の半導体光素子であって、前記光機能部は、前記窓部と前記発光層との間に設けられ、前記発光層から発せられた光の振幅を変調する光変調器をさらに含む、半導体光素子。
（１１）上記（１）乃至（１０）のいずれか１項に記載の半導体光素子と、前記半導体光素子を内包する筐体と、前記筐体内に設けられ、前記半導体光素子から出射される光を前記筐体の外部に伝送する伝送路と、を備える光モジュール。
（１２）上記（１１）に記載の光モジュールであって、前記半導体光素子を駆動する駆動回路と、前記半導体光素子及び前記駆動回路が固定される回路基板と、をさらに備える光モジュール。
（１３）上記課題を解決するために、本発明に係る半導体光素子の製造方法は、第１導電型半導体層を形成し、前記第１導電型半導体層の上の少なくとも一部に、発光層を含む活性層を形成し、前記第１導電型半導体層の上、及び前記活性層の上に、ストライプ状に形成されたリッジ部を含む第２導電型半導体層を形成し、前記リッジ部の両側の底面に、前記活性層を分断する第１の溝を一対形成し、少なくとも前記第１導電型半導体層及び前記第２導電型半導体層を含み、前記発光層から発せられる光の状態を変換し、前記リッジ部の底面より高さが高い光機能部を形成し、前記第２導電型半導体層側から、少なくとも一部が前記光機能部に形成されるように、端部が前記第１の溝に接続して、前記第１の溝とともに前記第２導電型半導体層を分断し、内壁面の最大高さが前記第１の溝の内壁面の最大高さより高い第２の溝を形成する。
本発明により、光機能部によるレーザ光の状態変換が確実に行なわれ、寄生容量が低減された半導体光素子、光モジュール及び半導体光素子の製造方法が提供される。
本発明の第１の実施形態に係る半導体光素子の上面図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体光素子の断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体光素子の断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体光素子の断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体光素子の第１の製造工程を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体光素子の第２の製造工程を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体光素子の第３の製造工程を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体光素子の第４の製造工程を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体光素子の第５の製造工程を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体光素子を含む光モジュールの側面図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体光素子を含む光モジュールの上面図である。 本発明の第２の実施形態に係る半導体光素子の上面図である。 本発明の第３の実施形態に係る半導体光素子の上面図である。 本発明の第４の実施形態に係る半導体光素子の上面図である。 本発明の第４の実施形態に係る半導体光素子の断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る半導体光素子の断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る半導体光素子の断面図である。 本発明の第５の実施形態に係る半導体光素子の上面図である。 本発明の第５の実施形態に係る半導体光素子の断面図である。
以下に、図面に基づき、本発明の実施形態を具体的かつ詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、以下に示す図は、あくまで、実施形態の実施例を説明するものであって、図の大きさと本実施例記載の縮尺は必ずしも一致するものではない。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体光素子１００の上面図である。また、図２、図３及び図４は、本発明の第１の実施形態に係る半導体光素子１００の断面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ断面を示す図であり、図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す図であり、図４は、図１のＩＶ−ＩＶ断面を示す図である。
本実施形態に係る半導体光素子１００は、レーザ部２１４と光機能部２１５を含む。レーザ部２１４は、レーザ光を出射し、光機能部２１５は、レーザ部２１４から出射されたレーザ光の状態を変換する。半導体光素子１００は、第１導電型半導体層であるｎ型半導体層３０１と、第１導電型半導体層（ｎ型半導体層３０１）の上の少なくとも一部に設けられ、発光層を含む活性層３０２と、第１導電型半導体層（ｎ型半導体層３０１）の上、及び活性層３０２の上に設けられ、ストライプ状に形成されたリッジ部２０１を含む第２導電型半導体層であるｐ型半導体層３０３と、を備える。
ｎ型半導体層３０１は、ＩｎＰ基板であり、活性層３０２は、ＩｎＧａＡｌＡｓ系半導体層を複数層積層した半導体多重量子井戸であり、ｐ型半導体層３０３は、ｐ型ＩｎＰ層である。レーザ部２１４は、活性層３０２、活性層３０２の上に設けられたｐ型スペーサ層３１３、ｐ型スペーサ層３１３の上に設けられたｐ型回折格子層３１４及び後端面に設けられた高反射膜３１５を含む、ＤＦＢレーザ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｌａｓｅｒ）である。なお、ｎ型半導体層３０１は、半絶縁性基板の上に設けられたｎ型ＩｎＰ層であってもよい。また、活性層３０２には回折格子層やＳＣＨ層が含まれていてもよい。
図３に示すように、リッジ部２０１は、ｐ型コンタクト層３０４とｐ型半導体層３０３により形成され、リッジ部２０１の頂上においてｐ型電極２０４とｐ型コンタクト層３０４が電気的に接続される。リッジ部２０１の頂上以外の領域において、活性層３０２、ｐ型半導体層３０３及びｐ型コンタクト層３０４と、ｐ型電極２０４とは、絶縁材料で形成された保護膜２０８により電気的に絶縁される。また、半導体光素子１００の上面の一部においてｎ型半導体層３０１が露出され、ｎ型半導体層３０１とｎ型電極２０６が電気的に接続される。ｎ型半導体層３０１が露出された領域以外の領域において、活性層３０２、ｐ型半導体層３０３、ｐ型コンタクト層３０４及びｎ型半導体層３０１と、ｎ型電極２０６とは、絶縁材料で形成された保護膜２０８により電気的に絶縁される。本実施形態では、保護膜２０８はＳｉＯ２で形成される。
半導体光素子１００は、少なくとも第１導電型半導体層（ｎ型半導体層３０１）及び第２導電型半導体層（ｐ型半導体層３０３）を含み、活性層３０２の発光層から発せられる光の状態を変換し、リッジ部２０１の底面より高さが高い光機能部２１５を備える。本実施形態に係る半導体光素子１００において、光機能部２１５は、活性層３０２の発光層から発せられる光の進行方向を変換するミラー２０７と、光を集光する集積レンズ２０９と、を含む。すなわち、本実施形態に係る半導体光素子１００は、レンズ集積型面出射ＤＦＢレーザ（ＬＩＳＥＬ：Ｌｅｎｓ−ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｌａｓｅｒ）である。ミラー２０７は、ｐ型半導体層３０３及びｎ型半導体層３０１の傾斜した端面により形成され、活性層３０２から出射されたレーザ光を集積レンズ２０９側に反射させる。本実施形態に係るミラー２０７は、法線方向がレーザ光の出射方向に対して４５°傾いて設けられる。もっとも、ミラー２０７の傾きは４５°以外であってもよい。集積レンズ２０９は、表面に反射防止膜３１７が形成され、ｎ型半導体層３０１に集積されたレンズであり、レーザ光を収束させる。もっとも、集積レンズ２０９は、ミラー２０７により反射された光を平行光に変換するものであってもよい。
半導体光素子１００は、リッジ部２０１の両側の底面に一対形成され、活性層３０２を分断する第１の溝２０２を備える。本実施形態に係る半導体光素子１００において、リッジ部２０１の両側にはｐ型半導体層３０３が形成されておらず、リッジ部２０１の両側の底面は、活性層３０２の表面である。第１の溝２０２は、活性層３０２を貫いて、ｎ型半導体層３０１に達するように形成される。半導体光素子１００が第１の溝２０２を備えることで、活性層３０２の通電領域がリッジ部２０１直下のストライプ状の領域に狭められるため、寄生容量が低減される。
本実施形態に係る第１の溝２０２の内壁面の高さ（第１の溝２０２の内壁に形成された保護膜２０８の高さ）は、ｈ１であり、幅（第１の溝２０２の内壁に形成された保護膜２０８の間隙）はｗ１である。第１の溝２０２の内壁面の高さｈ１は、活性層３０２の厚さよりも大きい。
半導体光素子１００は、少なくとも一部が光機能部２１５に形成され、端部が第１の溝２０２に接続して、第２導電型半導体層（ｐ型半導体層３０３）を分断し、内壁面の最大高さが第１の溝２０２の内壁面の最大高さより高い第２の溝２０３を備える。図４に示すように、第２の溝２０３は、光機能部２１５の頂上からｎ型半導体層３０１に達するように形成され、ｐ型半導体層３０３を分断する。本実施形態に係る第２の溝２０３の内壁面の最大高さは、ｈ２であり、幅はｗ２である。第２の溝２０３の内壁面の最大高さｈ２は、第１の溝２０２の内壁面の最大高さｈ１より高い。本実施形態に係る半導体光素子１００において、光機能部２１５の高さは、リッジ部２０１の底面の高さよりも高いためである。また、第２の溝２０３の内壁面の最大高さｈ２は、ｐ型半導体層３０３の厚さよりも大きい。
本実施形態に係る半導体光素子１００によれば、光機能部２１５の高さをリッジ部２０１の高さと同程度に高くしたことにより、光機能部２１５によるレーザ光の状態変換が確実に行なわれる。また、第２の溝２０３によりｐ型半導体層３０３を分断したことにより、半導体光素子１００の寄生容量が大幅に低減される。具体的には、第１の溝２０２及び第２の溝２０３を備えない場合の寄生容量が１００ｐＦ程度であるのに対して、第１の溝２０２及び第２の溝２０３を備える本実施形態に係る半導体光素子１００の寄生容量は、１ｐＦ程度であり、寄生容量を１／１００程度に改善する効果が得られる。
図１に示すように、第２の溝２０３は、第１の溝２０２の光機能部側の端部２０２ａから離間して第１の溝２０２に接続する。第２の溝２０３は、光機能部２１５からレーザ部２１４にわたって形成され、第１の溝２０２の光機能部側の端部２０２ａと重畳しない位置で第１の溝２０２と接続する。本実施形態に係る半導体光素子１００では、第１の溝２０２の光機能部側の端部２０２ａは、光機能部２１５側に５μｍ程度突出するように形成される。このような構成により、仮に第２の溝２０３の形成工程において第２の溝２０３に位置ずれが生じた場合であっても、第２の溝２０３と第１の溝２０２が途切れることなく形成され、ｐ型半導体層３０３をより確実に分断することができる。また、活性層３０２の端面から出射されたレーザ光が第２の溝２０３と干渉するおそれが低減される。
第２の溝２０３は、第１の溝２０２の延伸方向と同じ方向に延伸する並行部２０３ａと、第１の溝２０２の延伸方向と異なる方向に延伸する接続部２０３ｂを含み、接続部２０３ｂは、第１の溝２０２の光機能部側の端部２０２ａから離間して第１の溝２０２に接続する。ここで、第１の溝２０２の延伸方向は、リッジ部２０１の延伸方向でもある。本実施形態に係る第２の溝２０３は、１対の並行部２０３ａと、１対の接続部２０３ｂとを含み、並行部２０３ａは光機能部２１５からレーザ部２１４にわたって形成され、接続部２０３ｂはレーザ部２１４に形成される。１対の並行部２０３ａの間隔は、１対の第１の溝２０２の間隔より広く形成される。接続部２０３ｂは、第１の溝２０２の延伸方向と直交する方向に形成され、第２の溝２０３は、第１の溝２０２に接続する。なお、接続部２０３ｂは、第１の溝２０２に対して傾斜して設けられてもよいし、湾曲して設けられてもよく、第１の溝２０２に接続されていれば形状は問わない。
本実施形態に係る半導体光素子１００によれば、仮に接続部２０３ｂの形成工程において接続部２０３ｂに位置ずれが生じた場合であっても、第１の溝２０２、接続部２０３ｂ及び並行部２０３ａが途切れることなく形成され、ｐ型半導体層３０３をより確実に分断することができる。
本実施形態に係る半導体光素子１００において、第２の溝２０３の幅ｗ２は、第１の溝２０２の幅ｗ１より広い。このような構成により、比較的面積の小さいリッジ部２０１の底面に第１の溝２０２を形成することが容易となり、比較的厚く形成されるｐ型半導体層３０３を確実に分断するように第２の溝２０３を形成することができる。
本実施形態に係る半導体光素子１００において、光機能部２１５は、活性層３０２の発光層から発せられた光の進行方向を変換するミラー２０７を含み、第２の溝２０３は、ミラー２０７を貫くように形成される。ミラー２０７は、傾斜したｐ型半導体層３０３及びｎ型半導体層３０１の端面により形成され、第２の溝２０３は、傾斜したｐ型半導体層３０３及びｎ型半導体層３０１の端面を貫くように形成される。このような構成により、第２の溝２０３によりｐ型半導体層３０３を確実に分断することができ、寄生容量を低減することができる。
図５は、本発明の第１の実施形態に係る半導体光素子１００の第１の製造工程を示す図である。第１の製造工程では、第１導電型半導体層（ｎ型半導体層３０１）を形成し、第１導電型半導体層（ｎ型半導体層３０１）の上の少なくとも一部に、発光層を含む活性層３０２を形成し、第１導電型半導体層（ｎ型半導体層３０１）の上、及び活性層３０２の上に、ストライプ状に形成されたリッジ部２０１を含む第２導電型半導体層（ｐ型半導体層３０３）を形成する。同図は、第１の製造工程が終了した時点におけるレーザ部２１４の断面を示している。第１の製造工程が行なわれることにより、リッジ部２０１の両側の底面で活性層３０２が露出され、リッジ部２０１から離間した位置でｎ型半導体層３０１が露出される。なお、半導体光素子１００は、活性層３０２の上にエッチングストップ層を備えてよく、リッジ部２０１は、ｐ型半導体層３０３をエッチングストップ層までウェットエッチングすることにより形成してよい。また、ｐ型半導体層３０３及び活性層３０２をウェットエッチングすることにより、ｎ型半導体層３０１を露出させてよい。
図６は、本発明の第１の実施形態に係る半導体光素子１００の第２の製造工程を示す図である。同図は、第２の製造工程が終了した時点におけるレーザ部２１４の断面を示している。第２の製造工程では、リッジ部２０１の両側の底面に、活性層３０２を分断する第１の溝２０２を一対形成する。第１の溝２０２は、ウェットエッチングにより、ｎ型半導体層３０１に達する深さで形成してよい。
図７は、本発明の第１の実施形態に係る半導体光素子１００の第３の製造工程を示す図である。同図は、第３の製造工程が終了した時点におけるレーザ部２１４の断面を示している。第３の製造工程では、保護膜２０８（ＳｉＯ２膜）を素子全面に形成し、リッジ部２０１の頂上及びｎ型電極２０６とｎ型半導体層３０１のコンタクト部に形成された保護膜２０８をエッチングにより除去して、リッジ部２０１の頂上とｎ型半導体層３０１を露出させる。第３の製造工程により、第１の溝２０２の内壁面に保護膜２０８が形成される。
図８は、本発明の第１の実施形態に係る半導体光素子１００の第４の製造工程を示す図である。同図は、第４の製造工程が終了した時点における光機能部２１５の断面を示している。第４の製造工程では、少なくとも第１導電型半導体層（ｎ型半導体層３０１）及び第２導電型半導体層（ｐ型半導体層３０３）を含み、活性層３０２の発光層から発せられる光の状態を変換し、リッジ部２０１の底面より高さが高い光機能部２１５を形成する。より具体的には、第４の製造工程では、ｐ型半導体層３０３及びｎ型半導体層３０１を４５°の傾斜角度でエッチングすることで、ミラー２０７を形成する。エッチングは、塩素とアルゴンガスを用いた化学アシストイオンビームエッチング（ＣＡＩＢＥ：Chemically Assisted Ion Beam Etching）を用いてよい。なお、塩素系ガスの反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ：Reactive Ion Beam Etching）や、ウェットエッチングを用いてもよい。
図９は、本発明の第１の実施形態に係る半導体光素子１００の第５の製造工程を示す図である。同図は、第５の製造工程が終了した時点における光機能部２１５の断面を示している。第５の製造工程では、少なくとも一部が光機能部２１５に形成されるように、端部が第１の溝２０２に接続して、第２導電型半導体層（ｐ型半導体層３０３）を分断し、内壁面の最大高さが第１の溝２０２の内壁面の最大高さより高い第２の溝２０３を形成する。第２の溝２０３は、ウェットエッチングにより、ｎ型半導体層３０１に達する深さで形成してよい。
本実施形態に係る半導体光素子１００の製造方法によれば、第１の溝２０２の形成工程が行なわれた後、光機能部２１５に第２の溝２０３を形成する工程が行なわれる。すなわち、第１の溝２０２を形成する工程と第２の溝２０３を形成する工程が別であり、深さの異なる溝を一度に形成しないため、それぞれの工程を容易に実行することができる。また、第１の溝２０２を形成した後に、第１の溝２０２に接続するように第２の溝２０３を形成するため、第１の溝２０２と第２の溝２０３が途切れることなく形成される蓋然性が高まり、製造の歩留まりが向上する。
図１０は、本発明の第１の実施形態に係る半導体光素子１００を含む光モジュール１０００の側面図である。また、図１１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体光素子１００を含む光モジュール１０００の上面図である。光モジュール１０００は、半導体光素子１００と、半導体光素子１００を内包する筐体１４０と、筐体１４０内に設けられ、半導体光素子１００から出射される光を筐体１４０の外部に伝送する伝送路（光ファイバ１１０）と、を備える。伝送路である光ファイバ１１０は、ファイバコネクタ１１１に内包される。また、光モジュール１０００は、半導体光素子１００を駆動する駆動回路１２０と、半導体光素子１００及び駆動回路１２０が固定される回路基板１３０と、を備える。
回路基板１３０は、ＰＣＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）であり、回路基板１３０上には送信素子側集積回路１２０ａ、受信素子側集積回路１２０ｂ、半導体光素子１００及び受光素子１０１が固定される。送信素子側集積回路１２０ａは、半導体光素子１００を駆動する駆動回路１２０であり、受信素子側集積回路１２０ｂは、受光素子１０１を駆動する駆動回路１２０である。光ファイバ１１０はアレイファイバであり、半導体光素子１００から出力される光信号の数及び受光素子１０１が受光する光信号の数に応じた本数が横並びに束ねられたものである。光ファイバ１１０は、半導体光素子１００から出力される光信号を外部機器に伝送し、外部機器から入力される光信号を受光素子１０１に伝送する。
光モジュール１０００は、光信号の送信機能だけを有したものであっても構わないし、複数のレーザ素子、複数の受光素子を有した多チャンネル対応の光モジュールであってもよい。また、光モジュール１０００は、送信機能だけを筐体に内包したＴＯＳＡ（Transmitter Optical SubAssembly）等のサブアッセンブリであってもよい。その場合、駆動回路１２０は筐体１４０内に配置されなくてもよい。また、光信号の伝送に光ファイバ１１０を用いる例を示したが、これに限らずレンズ等の光学系を用いてもよい。
［第２の実施形態］
図１２は、本発明の第２の実施形態に係る半導体光素子１００の上面図である。本実施形態に係る半導体光素子１００の第２の溝（並行接続部２０３ｃ）は、第２の溝の端部が第１の溝２０２の光機能部側の端部２０２ａと一部重畳するように第１の溝２０２に接続する。その他の構成について、本実施形態に係る半導体光素子１００は、第１の実施形態と同様の構成を有する。すなわち、並行接続部２０３ｃは、第２導電型半導体層３０３を分断し、並行接続部２０３ｃの内壁面の最大高さは第１の溝２０２の内壁面の最大高さより高い。
並行接続部２０３ｃは、第１の溝２０２の延伸方向と同じ方向に延伸し、ミラー２０７を貫くように形成される。並行接続部２０３ｃは１対形成され、その間隔は、１対の第１の溝２０２の間隔よりも広い。
本実施形態に係る半導体光素子１００では、第１の溝２０２の光機能部側の端部２０２ａは、光機能部側の端部２０２ａの外側が第２の溝の並行接続部２０３ｃと接続するように形成される。このような構成により、仮に並行接続部２０３ｃの形成工程において並行接続部２０３ｃに位置ずれが生じた場合であっても、並行接続部２０３ｃと第１の溝２０２が途切れることなく形成され、ｐ型半導体層３０３をより確実に分断して寄生容量を減らすことができる。また、活性層３０２の端面から出射されたレーザ光が並行接続部２０３ｃと干渉するおそれが低減される。
［第３の実施形態］
図１３は、本発明の第３の実施形態に係る半導体光素子１００の上面図である。本実施形態に係る半導体光素子１００の光機能部２１５は、活性層３０２の発光層から発せられた光の進行方向を変換するミラー２０７を含み、第２の溝（囲繞部２０３ｄ）は、平面視においてミラー２０７を囲むように形成される。その他の構成について、本実施形態に係る半導体光素子１００は、第１の実施形態と同様の構成を有する。すなわち、囲繞部２０３ｄは、第２導電型半導体層３０３を分断し、囲繞部２０３ｄの内壁面の最大高さは第１の溝２０２の内壁面の最大高さより高い。
本実施形態に係る半導体光素子１００では、第１の溝２０２の光機能部側の端部２０２ａは、光機能部２１５側に５μｍ程度突出して形成される。囲繞部２０３ｄは、第１の溝２０２の延伸方向と直交する方向から第１の溝２０２に接続する。囲繞部２０３ｄは、平面視においてミラー２０７を囲むように、ｎ型半導体層３０１に達する深さで形成される。このような構成により、ミラー２０７を比較的小さく形成する場合であっても、囲繞部２０３ｄと第１の溝２０２を途切れなく形成することができ、ｐ型半導体層３０３をより確実に分断して寄生容量を減らすことができる。
［第４の実施形態］
図１４は、本発明の第４の実施形態に係る半導体光素子１００の上面図である。また、図１５、図１６及び図１７は、本発明の第４の実施形態に係る半導体光素子１００の断面図である。図１５は、図１４のＸＶ−ＸＶ断面を示す図であり、図１６は、図１４のＸＶＩ−ＸＶＩ断面を示す図であり、図１７は、図１４のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ断面を示す図である。本実施形態に係る半導体光素子１００の光機能部２１５は、窓部２１０を含み、第２の溝２０３は、窓部２１０を貫いて、窓部２１０の端面に至るように形成される。窓部２１０は、ｎ型半導体層３０１の上に設けられたｐ型半導体層３０３により形成され、半導体光素子１００の端面破壊を防止し、戻り光がレーザ導波路に結合する割合を低減する。また、本実施形態に係る半導体光素子１００は、裏面ｎ型電極３２０を備える。その他の構成について、本実施形態に係る半導体光素子１００は、第１の実施形態に係る半導体光素子と同様の構成を有する。すなわち、第２の溝２０３は、第２導電型半導体層３０３を分断し、第２の溝２０３の内壁面の最大高さは第１の溝２０２の内壁面の最大高さより高い。
本実施形態に係る半導体光素子１００では、第１の溝２０２の光機能部側の端部２０２ａは、光機能部２１５側に５μｍ程度突出して形成される。第２の溝２０３は、第１の溝２０２の延伸方向と直交する方向から第１の溝２０２に接続する。このような構成により、窓部２１０を集積した半導体光素子１００の場合であっても、第２の溝２０３と第１の溝２０２を途切れなく形成することができ、素子の端面破壊を防止し、戻り光耐力を向上させつつ、ｐ型半導体層３０３を確実に分断して寄生容量を減らすことができる。
［第５の実施形態］
図１８は、本発明の第５の実施形態に係る半導体光素子１００の上面図である。また、図１９は、本発明の第５の実施形態に係る半導体光素子１００の断面図である。図１９は、図１８のＸＩＸ−ＸＩＸ断面を示す図である。本実施形態に係る半導体光素子１００の光機能部２１５は、第１導電型半導体層（ｎ型半導体層３０１）の上に設けられる光吸収層３２２により活性層３０２の発光層から発せられた光の振幅を変調する光変調器２１１を含み、第１の溝２０２は、活性層３０２及び光吸収層３２２を分断するように形成される。光変調器２１１は、窓部２１０と発光層との間に設けられている。光変調器２１１の前方に設けられた窓部２１０には、第４の実施形態に係る半導体光素子と同様に、窓部２１０を貫いて、窓部２１０の端面に至るように第２の溝２０３が形成されている。光変調器２１１は、電界吸収型光変調器であり、ｎ型半導体層３０１の上に形成された光吸収層３２２、光吸収層３２２の上に形成されたｐ型半導体層３０３、ｐ型半導体層３０３の上に形成されたｐ型コンタクト層３０４及びｐ型コンタクト層３０４の上に形成された光変調器電極２１２を含む。レーザ部２１４の活性層３０２と光変調器２１１の光吸収層３２２との間は導波路層３２３で接続されている。また、本実施形態に係る半導体光素子１００は、裏面ｎ型電極３２０を備える。裏面ｎ型電極３２０は、レーザ部２１４及び光機能部２１５（光変調器２１１）の共通電極である。本実施形態に係る半導体光素子１００において、リッジ部２０１は、レーザ部２１４と光機能部２１５にわたって形成され、光吸収層３２２の上方にも形成される。また、第１の溝２０２は、リッジ部２０１と並行して、レーザ部２１４と光機能部２１５にわたって形成され、活性層３０２及び光吸収層３２２を分断する。その他の構成について、本実施形態に係る半導体光素子１００は、第１の実施形態と同様の構成を有する。すなわち、第２の溝２０３は、第２導電型半導体層３０３を分断し、第２の溝２０３の内壁面の最大高さは第１の溝２０２の内壁面の最大高さより高い。
本実施形態に係る半導体光素子１００では、第１の溝２０２の光機能部側の端部２０２ａは、光機能部２１５の端面側に５μｍ程度突出して形成される。第２の溝２０３は、第１の溝２０２の延伸方向と直交する方向から第１の溝２０２に接続する。このような構成により、光変調器２１１を集積した半導体光素子１００の場合であっても、第２の溝２０３と第１の溝２０２を途切れなく形成することができ、ｐ型半導体層３０３を確実に分断して寄生容量を減らすことができる。
なお、以上で説明した実施形態では光機能部２１５としてミラー２０７や窓部２１０等を示したが、光機能部２１５はそれらに限定されない。本願発明の要旨は、発光層と光学的に接続される光機能部２１５が備わった半導体光素子１００において、各々の部位の分離溝（第１の溝２０２と第２の溝２０３）の深さが異なることであり、光機能部２１５はどのようなものであってもよく、例えば光機能部２１５が光変調器であっても本願発明の効果が得られることは言うまでもない。
１００ 半導体光素子、１０１ 受光素子、１１０ 光ファイバ、１１１ ファイバコネクタ、１２０ 集積回路、１２０ａ 送信素子側集積回路、１２０ｂ 受信素子側集積回路、１３０ 回路基板、１４０ 筐体、２０１ リッジ部、２０２ 第１の溝、２０２ａ 光機能部側の端部、２０３ 第２の溝、２０３ａ 並行部、２０３ｂ 接続部、２０３ｃ 並行接続部、２０３ｄ 囲繞部、２０４ ｐ型電極、２０６ ｎ型電極、２０７ ミラー、２０８ 保護膜、２０９ 集積レンズ、２１０ 窓部、２１１ 光変調器、２１２ 光変調器電極、２１４ レーザ部、２１５ 光機能部、３０１ ｎ型半導体層、３０２ 活性層、３０３ ｐ型半導体層、３０４ ｐ型コンタクト層、３１３ ｐ型スペーサ層、３１４ ｐ型回折格子層、３１５ 高反射膜、３１７ 反射防止膜、３２０ 裏面ｎ型電極、３２２ 電界吸収層、３２３ 導波路層、１０００ 光モジュール。

Claims (13)

  1. 第１導電型半導体層と、
    前記第１導電型半導体層の上の少なくとも一部に設けられ、発光層を含む活性層と、
    前記第１導電型半導体層の上、及び前記活性層の上に設けられ、ストライプ状に形成されたリッジ部を含む第２導電型半導体層と、
    前記リッジ部の両側の底面に一対形成され、前記活性層を分断する第１の溝と、
    少なくとも、前記第１導電型半導体層と、前記第２導電型半導体層の、前記リッジ部から連続一体的な部分と、を含み、前記発光層から発せられる光の状態を変換し、前記リッジ部の底面より高さが高い光機能部と、
    少なくとも一部が前記光機能部に形成され、端部が前記第１の溝に接続して、前記第２導電型半導体層を分断し、内壁面の最大高さが前記第１の溝の内壁面の最大高さより高い第２の溝と、
    を備える半導体光素子。
  2. 請求項１に記載の半導体光素子であって、
    前記第２の溝は、前記第１の溝の前記光機能部側の端部から離間して前記第１の溝に接続する、
    半導体光素子。
  3. 請求項２に記載の半導体光素子であって、
    前記第２の溝は、前記第１の溝の延伸方向と同じ方向に延伸する並行部と、前記第１の溝の延伸方向と異なる方向に延伸する接続部を含み、
    前記接続部は、前記第１の溝の前記光機能部側の端部から離間して前記第１の溝に接続する、
    半導体光素子。
  4. 請求項１に記載の半導体光素子であって、
    前記第２の溝は、前記第２の溝の端部が前記第１の溝の前記光機能部側の端部と一部重畳するように前記第１の溝に接続する、
    半導体光素子。
  5. 請求項１乃至４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の溝の幅は、前記第１の溝の幅より広い、
    半導体光素子。
  6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体光素子であって、
    前記光機能部は、前記発光層から発せられた光の進行方向を変換するミラーを含み、
    前記第２の溝は、前記ミラーを貫くように形成される、
    半導体光素子。
  7. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体光素子であって、
    前記光機能部は、前記発光層から発せられた光の進行方向を変換するミラーを含み、
    前記第２の溝は、平面視において前記ミラーを囲むように形成される、
    半導体光素子。
  8. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体光素子であって、
    前記光機能部は、前記第１導電型半導体層の上に設けられる光吸収層により前記発光層から発せられた光の振幅を変調する光変調器を含み、
    前記第１の溝は、前記活性層及び前記光吸収層を分断するように形成される、
    半導体光素子。
  9. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体光素子であって、
    前記光機能部は、窓部を含み、
    前記第２の溝は、前記窓部を貫いて、前記窓部の端面に至るように形成される、
    半導体光素子。
  10. 請求項９に記載の半導体光素子であって、
    前記光機能部は、前記窓部と前記発光層との間に設けられ、前記発光層から発せられた光の振幅を変調する光変調器をさらに含む、
    半導体光素子。
  11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の半導体光素子と、
    前記半導体光素子を内包する筐体と、
    前記筐体内に設けられ、前記半導体光素子から出射される光を前記筐体の外部に伝送する伝送路と、
    を備える光モジュール。
  12. 請求項１１に記載の光モジュールであって、
    前記半導体光素子を駆動する駆動回路と、
    前記半導体光素子及び前記駆動回路が固定される回路基板と、
    をさらに備える光モジュール。
  13. 第１導電型半導体層を形成し、
    前記第１導電型半導体層の上の少なくとも一部に、発光層を含む活性層を形成し、
    前記第１導電型半導体層の上、及び前記活性層の上に、ストライプ状に形成されたリッジ部を含む第２導電型半導体層を形成し、
    前記リッジ部の両側の底面に、前記活性層を分断する第１の溝を一対形成し、
    少なくとも前記第１導電型半導体層及び前記第２導電型半導体層を含み、前記発光層から発せられる光の状態を変換し、前記リッジ部の底面より高さが高い光機能部を形成し、
    少なくとも一部が前記光機能部に形成されるように、端部が前記第１の溝に接続して、前記第２導電型半導体層を分断し、内壁面の最大高さが前記第１の溝の内壁面の最大高さより高い第２の溝を形成する、
    半導体光素子の製造方法。
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