JP6813138B1 - 光半導体素子 - Google Patents

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Abstract

基板（１１）と、基板（１１）の上に形成され、下から順に第１の第１導電型クラッド層（１３）、第１のコア層（１４）、第１の第２導電型クラッド層（１５）、第１のコンタクト層（１６）を有し、両脇に第１のリッジ溝（１８）が配置された第１のリッジ（１２）と、第１のリッジ（１２）の上で第１のコンタクト層（１６）とコンタクトし、第１のリッジ溝（１８）まで広がらず、第１の半田層（２１）を含む第１の電極（２０）とを備える。

Description

本開示は、ジャンクションダウン実装される光半導体素子に関するものである。
半導体レーザなどの光半導体素子には高速動作を目的としてジャンクションダウン実装されるものがある（例えば特許文献１参照）。ジャンクションダウン実装はワイヤーボンディング実装に比べて配線のインダクタンスが小さくなるため、高速に動作させられる。
特開２０００−２０８８５９号公報
しかし、上述の光半導体素子では電極の面積が大きくなるため、高速化が妨げられる。上述の光半導体素子が実装されるサブマウントには接合用の半田電極が形成されている。サブマウントに微細な半田電極パターンを形成するのは難しいため、半田電極の面積は大きくなってしまう。そのため、光半導体素子の電極も、半田電極に合わせて大きくしなければならない。その結果、電極の寄生容量が大きくなってしまい、光半導体素子を高速に動作させられなくなる。
本開示は上記の問題を解決するためになされたもので、その目的は、高速動作が可能な光半導体素子を得ることである。
本開示に係る光半導体素子は、基板と、基板の上に形成され、下から順に第１の第１導電型クラッド層、第１のコア層、第１の第２導電型クラッド層、第１のコンタクト層を有し、両脇に第１のリッジ溝が配置された第１のリッジと、第１のリッジの上で第１のコンタクト層とコンタクトし、第１のリッジ溝まで広がらず、第１の半田層を含む第１の電極と、基板の上に形成され、第１のリッジに連なり、下から順に第２の第１導電型クラッド層、第２のコア層、第２の第２導電型クラッド層、第２のコンタクト層を有し、両脇に第２のリッジ溝が配置された第２のリッジと、第２のリッジの上で第２のコンタクト層とコンタクトし、第２のリッジ溝を越えて広がる広がり部を有し、第２の半田層を含む第２の電極と、を備え、第２のコア層はレーザ光を発光する活性層であり、第１のコア層は第２のコア層からのレーザ光を変調する吸収層である。
本開示の光半導体素子によれば、半田でできた層を含んだ電極がリッジの上に形成されているため、高速動作が可能である。
実施の形態１に係る光半導体素子の斜視図である。 実施の形態１に係る光半導体素子の上面図および断面図である。 実施の形態１に係る光半導体素子の第１の電極を示す断面図である。 実施の形態１に係る光半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。 実施の形態１に係る光半導体素子をサブマウントにジャンクションダウン実装した例の断面図である。 実施の形態２に係る光半導体素子の断面図である。 実施の形態２に係る光半導体素子の変形例の断面図である。 実施の形態３に係る光半導体素子の上面図および断面図である。 実施の形態３に係る光半導体素子をサブマウントにジャンクションダウン実装した例の断面図である。 実施の形態４に係る光半導体素子の上面図および断面図である。 実施の形態４に係る光半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。 実施の形態４に係る光半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。 実施の形態４に係る光半導体素子をサブマウントにジャンクションダウン実装した例の断面図である。 実施の形態５に係る光半導体素子の斜視図である。 実施の形態５に係る光半導体素子の上面図および断面図である。 実施の形態５に係る光半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。 実施の形態５に係る光半導体素子をサブマウントにジャンクションダウン実装した例の断面図である。 実施の形態６に係る光半導体素子の上面図および断面図である。 実施の形態６に係る光半導体素子をサブマウントにジャンクションダウン実装した例の断面図である。 実施の形態６に係る光半導体素子の変形例の上面図である。 実施の形態６に係る光半導体素子の斜視図である。 実施の形態６に係る光半導体素子の上面図および断面図である。
実施の形態１．
実施の形態１に係る光半導体素子の構成を説明する。図１は実施の形態１に係る光半導体素子１０の斜視図である。図１中にｘ、ｙ、ｚ軸の方向を示している。図１では第１の電極２０の厚みの図示を省いた。これ以降の斜視図でも上面にある電極の厚みの図示は省いている。図２（ａ）は光半導体素子１０を平面視で見た上面図である。ここで平面視とはｚ軸の上方から見ることをいう。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａにおける光半導体素子１０の断面図である。
光半導体素子１０は基板１１を備える。基板１１は例えばＩｎＰでできた半導体基板である。
光半導体素子１０は第１のリッジ１２を備える。第１のリッジ１２は基板１１の上に形成されている。第１のリッジ１２のストライプ方向は、図２（ｂ）の紙面に垂直な方向（ｙ軸方向）である。第１のリッジ１２の幅は例えば１μｍ〜３０μｍである。
第１のリッジ１２は下から順に第１の第１導電型クラッド層１３、第１のコア層１４，第１の第２導電型クラッド層１５、第１のコンタクト層１６を有する。第１の第１導電型クラッド層１３は導電型がｐ型またはｎ型の半導体層であり、ＩｎＰでできている。第１のコア層１４は量子井戸構造を持つ活性層であり、ＩｎＧａＡｓＰでできている。第１の第２導電型クラッド層１５は導電型が第１の第１導電型クラッド層１３と反対の半導体層であり、ＩｎＰでできている。第１のコンタクト層１６は導電性を持つＩｎＧａＡｓでできている。第１のコア層１４はレーザ光を発光する。レーザ光は、第１のコア層１４を流れる電流によって変調される。レーザ光は図１に矢印で示すように端面から出射される。
第１のリッジ１２の両脇には第１のリッジ溝１８が配置されている。第１のリッジ溝１８の場所は製造方法を説明するための図５（ｂ）に示してある。第１のリッジ溝１８の幅は例えば２μｍ〜２０μｍであり、深さは例えば２μｍ〜１０μｍである。第１のリッジ１２の上面の一部を除く表面、第１のリッジ溝１８の側面および底面には絶縁膜１７が形成されている。第１のリッジ溝１８には樹脂膜１９が埋め込まれている。樹脂膜１９はＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）、ポリイミドなどでできている。
光半導体素子１０は第１の電極２０を備える。第１の電極２０は第１のリッジ１２の上で第１のコンタクト層１６とコンタクトしている。第１の電極２０は第１のリッジ溝１８まで広がらず、第１のリッジ１２の上部のみに形成されている。第１の電極２０のみを拡大したものを図３に示す。第１の電極２０は下から、Ｔｉ／Ａｕ／Ｔｉ／Ｐｔ／ＡｕＳｎ（半田）／ＡｕまたはＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｔｉ／Ｐｔ／ＡｕＳｎ（半田）／Ａｕなどの層構造を持つ。これらの層の中でＴｉおよびＰｔの層は１μｍ以下の薄膜である。ＡｕＳｎの層は第１の半田層２１である。第１の半田層２１の膜厚は１μｍ〜１０μｍである。最上層のＡｕは１μｍ以下の薄膜である。Ｔｉは電極の密着性向上に寄与し、Ｐｔはバリアメタルとして働く。バリアメタルとしてＰｔ以外にＮｉ、Ｔａ、Ｃｒなどを用いてもよい。また、最上層のＡｕは、第１の電極２０の表面の酸化防止機能を有する。
光半導体素子１０は基板の下の面に裏面電極２３を備える。裏面電極２３は基板１１を介して第１の第１導電型クラッド層１３と電気的に接続している。
光半導体素子１０の奥行き（ｙ軸方向）の長さは例えば２００μｍ〜４００μｍである。
次に、光半導体素子１０の製造方法を断面図（図４）を用いて説明する。
まず図４（ａ）に示すような、基板１１の上に周知の半導体プロセス技術を用いて第１のリッジ１２が形成されたものを準備する。次いで図４（ｂ）に示すように、絶縁膜１７を形成する。これで第１のリッジ溝１８の領域が確定する。次いで図４（ｃ）に示すように、第１のリッジ溝１８に樹脂膜１９を埋め込む。次いで図４（ｄ）に示すように、第１のリッジ１２の上の絶縁膜１７をエッチングして第１のコンタクト層１６を露出させたあと、第１のコンタクト層１６とコンタクトするように第１の電極２０を形成する。次いで図４（ｅ）に示すように、基板１１の下の面を研削して薄板化したあと、裏面電極２３を形成する。
次に、光半導体素子１０をサブマウント２５にジャンクションダウン実装した例を図５を用いて説明する。図５は光半導体素子１０がサブマウント２５に実装された状態を示す断面図である。なお、図５ではボンディングワイヤーが描かれているが、これは説明のためであり、ボンディングワイヤーがｘｚ平面上にある必要はない。
サブマウント２５はサブマウント基板２６を備え、サブマウント基板２６には第１のサブマウント電極２７およびワイヤーボンディング電極２９が形成されている。第１のサブマウント電極２７およびワイヤーボンディング電極２９は下から、Ｔｉ／ＡｕまたはＴｉ／Ｐｔ／Ａｕなどの層構造を持つ。もし半田層を第１のサブマウント電極２７に形成するのであれば、半田量の制御が難しいため、第１のサブマウント電極２７のパターンを微細にするのは困難である。しかし、この実施の形態では第１のサブマウント電極２７には半田層を形成していないため、第１のサブマウント電極２７のパターンを微細にできる。
光半導体素子１０がサブマウント２５に接合されている。接合は第１の電極２０と第１のサブマウント電極２７でなされる。接合剤となるのは第１の電極２０の第１の半田層２１である。
裏面電極２３とワイヤーボンディング電極２９がワイヤーボンディングされている。
以上のとおり、実施の形態１によれば、第１の半田層２１を含んだ第１の電極２０が第１のリッジ１２の上に形成されているため、第１の電極２０の面積が小さい。そのため、第１の電極２０の寄生容量が小さくなり、光半導体素子１０が高速に動作できる。また、第１の電極２０の面積が小さいので第１の半田層２１の半田量を少なくできるため、ジャンクションダウン実装後の半田の広がりを抑えられる。また、第１のリッジ溝１８に半導体材料より誘電率が低い樹脂膜１９が埋め込まれているため、第１の電極２０の寄生容量を低減できる。また、光半導体素子１０はサブマウント２５にジャンクションダウン実装されるため、配線のインダクタンスが小さくなる。また、ワイヤーボンディング作業が不要なため、簡易に組み立てられる。また、放熱性が向上するため、高温・高出力動作が可能である。また、第１の電極２０は第１の半田層２１を含むため、サブマウント２５の第１のサブマウント電極２７に半田が不要で、第１のサブマウント電極２７の面積を小さくできる。
また、サブマウントに複数の光半導体素子１０を実装するのが容易である。もし半田層が第１の電極２０ではなくサブマウント側の電極にある場合、光半導体素子１０を１つ実装したあとには、２つ目以降の光半導体素子１０を接合するためのサブマウント側電極の半田は溶けてしまっている。そのため、複数の光半導体素子を１つずつ、１つのサブマウントに実装できない。しかし、実施の形態１の光半導体素子１０では第１の電極２０に第１の半田層２１があり、第１の半田層２１の上にはＡｕでできた層があるため、光半導体素子を１つ実装したあとは、第１の半田層２１のＡｕＳｎがこのＡｕと反応し、よりＡｕ濃度の高いＡｕＳｎになる。ＡｕＳｎはＡｕ濃度が高くなるほど融点が高くなるため、実装後の第１の半田層２１の融点は高くなっている。よって、２つ目以降の光半導体素子１０を実装する際にも、実装済みの光半導体素子１０の第１の半田層２１は溶けてしまうことがなく、続けて光半導体素子１０を容易に実装可能である。
実施の形態２．
実施の形態２に係る光半導体素子について説明する。実施の形態２に係る光半導体素子は、リッジ上の電極がＴ型形状である点が実施の形態１と異なる。ここでは主に実施の形態１との違いを記載する。
図６は実施の形態２に係る光半導体素子４０の断面図である。第１のリッジ１２の上の第１の電極２０ａはＴ型形状である。第１の電極２０ａは下部電極４２と上部電極４３を有しており、上部電極４３のほうが下部電極４２より幅が広い。このように、上部電極４３が下部電極４２に対し平面視で、第１のリッジ１２のストライプ方向（ｙ軸方向）に垂直な方向（ｘ軸方向）の両方に張り出している形状をＴ型形状という。
以上のとおり、実施の形態２によれば、第１の電極２０ａがＴ型形状なので、第１の電極２０ａの電気抵抗を小さくできるため、光半導体素子を高速に動作させられる。また電流のロスも小さい。
なお、第１の電極はΓ型形状でもよい。Γ型形状とは、図７に示すように、上部電極４３ｂが下部電極４２ｂに対し平面視で、第１のリッジ１２のストライプ方向（ｙ軸方向）に垂直な方向（ｘ軸方向）の一方だけに張り出している形状をいう。この場合も第１の電極２０ｂの電気抵抗を小さくできる。
実施の形態３．
実施の形態３に係る光半導体素子について説明する。実施の形態３に係る光半導体素子は、片当たりを防止するための構造体が形成されている点が実施の形態１と異なる。ここでは主に実施の形態１との違いを記載する。
図８（ａ）は実施の形態３に係る光半導体素子５０の上面図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）のＢ−Ｂにおける光半導体素子５０の断面図である。
光半導体素子５０は絶縁体５１を備える。絶縁体５１は第１のリッジ１２から第１のリッジ溝１８より離れた領域に、第１の電極２０と上面の高さが等しくなるように形成されている。ここで、第１のリッジ１２から第１のリッジ溝１８より離れた領域とは、図８（ａ）において、第１のリッジ１２の左側ではＲ１で示す領域であり、第１のリッジ１２の右側ではＲ２で示す領域である。
次に、光半導体素子５０をサブマウント５２にジャンクションダウン実装した例を図９を用いて説明する。図９は光半導体素子５０がサブマウント５２に実装された状態を示す断面図である。
サブマウント５２には第３のサブマウント電極５４が形成されている。第３のサブマウント電極５４は下から、Ｔｉ／ＡｕまたはＴｉ／Ｐｔ／Ａｕなどの層構造を持つ。光半導体素子５０の絶縁体５１は第３のサブマウント電極５４と接している。
以上のとおり、実施の形態３によれば、絶縁体５１が第１のリッジ１２の左右にあるため、サブマウント５２に実装した場合、光半導体素子５０が傾いてしまう片当たりの状態を防げる。すなわち、絶縁体５１は片当たりを防ぐための構造体として機能する。
なお、絶縁体５１は第１のリッジ１２の左右両方にあるとしたが、一方だけでもよい。また、構造体として金属等の導電体を用いてもよい。特に構造体を第１の電極２０と同時に形成すれば、製造工程数を減らせる。このように導電体を用いる場合、ジャンクションダウン実装の際、この導電体をサブマウント５２の第３のサブマウント電極５４と接合してもよい。
実施の形態４．
実施の形態４に係る光半導体素子について説明する。実施の形態４に係る光半導体素子は、片当たりを防止するための構造体が、凹部に形成された凹部電極である点が実施の形態３と異なる。ここでは主に実施の形態３との違いを記載する。
図１０（ａ）は実施の形態４に係る光半導体素子６０を平面視で見た上面図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＣ−Ｃにおける光半導体素子６０の断面図である。
光半導体素子６０は基板１１と第１のリッジ１２の間に下側コンタクト層６５を備える。下側コンタクト層６５は第１の第１導電型クラッド層１３と電気的に接続されている。下側コンタクト層６５は導電性を持つＩｎＰでできている。
光半導体素子６０には凹部６１が形成されている。凹部６１の場所は製造方法を説明するための図１１（ｂ）に示してある。凹部６１は第１のリッジ１２から第１のリッジ溝１８より離れた領域に、底面６４が下側コンタクト層６５と接するように掘られている。凹部６１には絶縁膜１７が形成されている。絶縁膜１７は凹部６１の底面６４において開口を有する。
光半導体素子６０は凹部電極６２を備える。凹部電極６２は凹部６１に第１の電極２０と上面の高さが等しくなるように形成されている。凹部電極６２は凹部６１の底面６４で下側コンタクト層６５と電気的に接続されている。すなわち、凹部電極６２は下側コンタクト層６５を介して第１の第１導電型クラッド層１３と電気的に接続されている。凹部電極６２は例えばＡｕでできており、最上部は実施の形態１の第１の電極２０と同様、下から、Ｔｉ／Ｐｔ／ＡｕＳｎ（半田）／Ａｕなどの層構造を持つ。ＡｕＳｎの層は半田でできた凹部半田層６３である。
光半導体素子６０は絶縁体５１を備える。絶縁体５１は第１のリッジ１２を挟んで凹部電極６２の反対側に形成されている。この絶縁体５１は実施の形態３で説明した絶縁体５１と同様のものである。
次に、光半導体素子６０の製造方法を断面図（図１１−１２）を用いて説明する。
まず図１１（ａ）に示すような、基板１１の上に周知の半導体プロセス技術を用いて、基板１１の上に下側コンタクト層６５を備え、下側コンタクト層６５の上に第１のリッジ１２が形成されたものを準備する。次いで図１１（ｂ）に示すように、凹部６１をエッチングにより形成する。このとき、凹部６１の底が下側コンタクト層６５の途中に来るようにする。次いで図１１（ｃ）に示すように、絶縁膜１７を形成する。これで第１のリッジ溝１８の領域が確定する。次いで図１１（ｄ）に示すように、第１のリッジ溝１８に樹脂膜１９を埋め込む。次いで図１２（ａ）に示すように、凹部電極６２、第１の電極２０および絶縁体５１を形成する。このとき、第１の電極２０の形成前に第１のリッジ１２の上の絶縁膜１７をエッチングして第１のコンタクト層１６を露出させておく。次いで図１２（ｂ）に示すように、基板１１の下の面を研削して薄板化する。
次に、光半導体素子６０をサブマウント６６にジャンクションダウン実装した例を図１３を用いて説明する。図１３は光半導体素子６０がサブマウント６６に実装された状態を示す断面図である。
サブマウント６６には第３のサブマウント電極５４が形成されている。光半導体素子６０とサブマウント６６の接合は、第１の電極２０と第１のサブマウント電極２７、および、凹部電極６２と第３のサブマウント電極５４でなされる。ここで接合剤は第１の電極２０の第１の半田層２１、および、凹部電極６２の凹部半田層６３である。
以上のとおり、実施の形態４によれば、第１の第１導電型クラッド層１３と電気的に接続されている凹部電極６２が光半導体素子６０の上側に出てきているため、光半導体素子６０をサブマウント６６にジャンクションダウン実装する際、ボンディングワイヤーを使わず凹部電極６２と第３のサブマウント電極５４を接合できる。よって実装が簡易で、配線のインダクタンスを小さくできる。また、ボンディングワイヤー用の電極が不要なため、サブマウント６６を小さくできる。また、凹部電極６２の面積が小さいので半田量も少なくできるため、ジャンクションダウン実装後の半田の広がりを抑えられる。
なお、絶縁体５１はなくてもよい。また、絶縁体５１の代わりに構造体として金属等の導電体を用いてもよい。特に構造体を第１の電極２０および凹部電極６２の上部と同時に形成すれば、製造工程数を減らせる。このように導電体を用いる場合、ジャンクションダウン実装の際、この導電体を第３のサブマウント電極５４と接合してもよい。
実施の形態５．
実施の形態５に係る光半導体素子の構成を説明する。図１４は実施の形態５に係る光半導体素子７０の斜視図である。図１５（ａ）は光半導体素子７０の上面図である。図１５（ｂ）は、図１５（ａ）のＤ−Ｄにおける光半導体素子７０の断面図である。図１５（ｃ）は、図１５（ａ）のＥ−Ｅにおける光半導体素子７０の断面図である。光半導体素子７０はレーザ部８４と変調器部８５が集積されている。変調器部８５自身はレーザ光を発光しないため、実施の形態１の光半導体素子１０とは機能が異なるが、構造としては実施の形態１の光半導体素子１０に相当している。光半導体素子７０は、この変調器部８５にレーザ部８４が追加された形になっている。
光半導体素子７０は基板７１を備える。基板７１は例えばＩｎＰでできた半導体基板である。
レーザ部８４は図１５（ｂ）に示すように第２のリッジ８６を備える。第２のリッジ８６は基板７１の上に、第１のリッジ７２に連なるように形成されている。第２のリッジ８６のストライプ方向は、図１５（ｂ）の紙面に垂直な方向（ｙ軸方向）である。第２のリッジ８６の幅は例えば１μｍ〜３０μｍである。
第２のリッジ８６は下から順に第２の第１導電型クラッド層８７、第２のコア層８８，
第２の第２導電型クラッド層８９、第２のコンタクト層９０を有する。第２の第１導電型クラッド層８７は導電型がｐ型またはｎ型の半導体層であり、ＩｎＰでできている。第２のコア層８８は量子井戸構造を持つ活性層であり、ＩｎＧａＡｓＰでできている。第２の第２導電型クラッド層８９は導電型が第２の第１導電型クラッド層８７と反対の半導体層であり、ＩｎＰでできている。第２のコンタクト層９０は導電性を持つＩｎＧａＡｓでできている。第２のコア層８８はレーザ光を発光する。このレーザ光はＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）光である。
第２のリッジ８６の両脇には第２のリッジ溝９１が配置されている。第２のリッジ溝９１の幅は例えば２μｍ〜２０μｍであり、深さは例えば２μｍ〜１０μｍである。第２のリッジ８６の上面の一部を除く表面、第２のリッジ溝９１の側面および底面には絶縁膜７７が形成されている。第２のリッジ溝９１には樹脂膜７９が埋め込まれている。樹脂膜７９はＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）、ポリイミドなどでできている。
レーザ部８４は第２の電極９２を備える。第２の電極９２は第２のリッジ８６の上で第２のコンタクト層９０とコンタクトしている。第２の電極９２は第２のリッジ溝９１を越えて広がる広がり部９４を有する。第２の電極９２は下から、Ｔｉ／Ａｕ／Ｔｉ／Ｐｔ／ＡｕＳｎ（半田）／ＡｕまたはＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｔｉ／Ｐｔ／ＡｕＳｎ（半田）／Ａｕなどの層構造を持つ。これらの層の中でＴｉおよびＰｔの層は１μｍ以下の薄膜である。ＡｕＳｎの層は第２の半田層９３である。第２の半田層９３の膜厚は１μｍ〜１０μｍである。最上層のＡｕは１μｍ以下の薄膜である。Ｔｉは電極の密着性向上に寄与し、Ｐｔはバリアメタルとして働く。バリアメタルとしてＰｔ以外にＮｉ、Ｔａ、Ｃｒなどを用いてもよい。また、最上層のＡｕは、第２の電極９２の表面の酸化防止機能を有する。
変調器部８５は図１５（ｃ）に示すように第１のリッジ７２を備える。第１のリッジ７２は基板７１の上に形成されている。第１のリッジ７２のストライプ方向は、図１５（ｃ）の紙面に垂直な方向（ｙ軸方向）である。第１のリッジ７２の幅は例えば１μｍ〜３０μｍである。
第１のリッジ７２は下から順に第１の第１導電型クラッド層７３、第１のコア層７４，
第１の第２導電型クラッド層７５、第１のコンタクト層７６を有する。第１の第１導電型クラッド層７３は導電型がｐ型またはｎ型の半導体層であり、ＩｎＰでできている。第１のコア層７４は量子井戸構造を持つ吸収層であり、ＡｌＧａＩｎＡｓでできている。第１の第２導電型クラッド層７５は導電型が第１の第１導電型クラッド層７３と反対の半導体層であり、ＩｎＰでできている。第１のコンタクト層７６は導電性を持つＩｎＧａＡｓでできている。第１のコア層７４は、レーザ部８４の第２のコア層８８からのレーザ光を変調する。変調は、第１の第１導電型クラッド層７３と第１の第２導電型クラッド層７５にかけられた電圧によって変調される。変調後のレーザ光は図１４に矢印で示すように端面から出射される。
第１のリッジ７２の両脇には第１のリッジ溝７８が配置されている。第１のリッジ溝７８の幅は例えば２μｍ〜２０μｍであり、深さは例えば２μｍ〜１０μｍである。第１のリッジ７２の上面の一部を除く表面、第１のリッジ溝７８の側面および底面には絶縁膜７７が形成されている。第１のリッジ溝７８には樹脂膜７９が埋め込まれている。樹脂膜７９はＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）、ポリイミドなどでできている。
変調器部８５は第１の電極８０を備える。第１の電極８０は第１のリッジ７２の上で第１のコンタクト層７６とコンタクトしている。第１の電極８０は第１のリッジ溝７８まで広がらず、第１のリッジ７２の上部のみに形成されている。第１の電極８０は下から、Ｔｉ／Ａｕ／Ｔｉ／Ｐｔ／ＡｕＳｎ（半田）／ＡｕまたはＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｔｉ／Ｐｔ／ＡｕＳｎ（半田）／Ａｕなどの層構造を持つ。これらの層の中でＴｉ、Ｐｔの層は１μｍ以下の薄膜である。ＡｕＳｎの層は第１の半田層８１である。第１の半田層８１の膜厚は１μｍ〜１０μｍである。最上層のＡｕは１μｍ以下の薄膜である。Ｔｉは電極の密着性向上に寄与し、Ｐｔはバリアメタルとして働く。バリアメタルとしてＰｔ以外にＮｉ、Ｔａ、Ｃｒなどを用いてもよい。また、最上層のＡｕは、第１の電極８０の表面の酸化防止機能を有する。
光半導体素子７０は基板の下の面に裏面電極８３を備える。裏面電極８３は基板７１を介して、第１の第１導電型クラッド層７３および第２の第１導電型クラッド層８７と電気的に接続している。
レーザ部８４の奥行き（ｙ軸方向）の長さは例えば２００μｍ〜４００μｍ、変調器部８５の奥行きの長さは例えば１００μｍ〜３００μｍである。
次に、光半導体素子７０の製造方法を断面図（図１６）を用いて説明する。図１６の左側がレーザ部８４、右側が変調器部８５である。
まず図１６（ａ）に示すような、基板７１の上に周知の半導体プロセス技術を用いて第１のリッジ７２および第２のリッジ８６が形成されたものを準備する。次いで図１６（ｂ）に示すように、絶縁膜７７を形成する。これで第１のリッジ溝７８および第２のリッジ溝９１の領域が確定する。次いで図１６（ｃ）に示すように、第１のリッジ溝７８および第２のリッジ溝９１に樹脂膜７９を埋め込む。次いで図１６（ｄ）に示すように、第１のリッジ７２および第２のリッジ溝９１の上の絶縁膜７７をエッチングして第１のコンタクト層７６および第２のコンタクト層９０を露出させたあと、第１のコンタクト層７６とコンタクトするように第１の電極８０を形成し、同時に第２のコンタクト層９０とコンタクトするように第２の電極９２を形成する。次いで図１６（ｅ）に示すように、基板７１の下の面を研削して薄板化したあと、裏面電極８３を形成する。
次に、光半導体素子７０をサブマウント９５にジャンクションダウン実装した例を図１７を用いて説明する。図１７は光半導体素子７０がサブマウント９５に実装された状態を示す断面図である。図１７（ａ）はレーザ部８４における断面図であり、図１７（ｂ）は変調器部８５における断面図である。なお、図１７（ａ）および（ｂ）のどちらにもボンディングワイヤーおよびワイヤーボンディング電極９９が描かれているが、これは説明のためであり、実際はボンディングワイヤーおよびワイヤーボンディング電極９９がどちらも１つずつあればよく、その場所は適宜選ばばよい。またボンディングワイヤーおよびワイヤーボンディング電極９９の数はそれぞれ２以上でもかまわない。
サブマウント９５はサブマウント基板９６を備え、サブマウント基板９６には第１のサブマウント電極９７、第２のサブマウント電極９８およびワイヤーボンディング電極９９が形成されている。第１のサブマウント電極９７、第２のサブマウント電極９８およびワイヤーボンディング電極９９は下から、Ｔｉ／ＡｕまたはＴｉ／Ｐｔ／Ａｕなどの層構造を持つ。第１のサブマウント電極９７には半田層が形成されていないため、第１のサブマウント電極９７のパターンを微細にできる。
光半導体素子７０がサブマウント９５に接合されている。接合は第１の電極８０と第１のサブマウント電極９７、および、第２の電極９２と第２のサブマウント電極９８でなされる。接合剤となるのは第１の電極８０の第１の半田層８１および第２の電極９２の第２の半田層９３である。
裏面電極８３とワイヤーボンディング電極９９がワイヤーボンディングされている。
以上のとおり、実施の形態５によれば、実施の形態１で説明したのと同じ効果を得られる。
また、第２の電極９２は広がり部９４を有するので電気抵抗が小さくなるため、レーザ部８４でレーザ光を発生させるために流す電流のロスが少ない。
なお、広がり部９４は第２のリッジ８６の左右両方になく一方のみにあってもよい。また、レーザ部８４の領域に、実施の形態３で説明した凹部電極を形成してもよい。この場合、レーザ部８４の第１の第１導電型クラッド層７３と凹部電極が電気的に接続されるため、裏面電極８３はなくてもよい。
実施の形態６．
実施の形態６に係る光半導体素子について説明する。実施の形態６に係る光半導体素子は、広がり部が変調器部まで延びており、この部分が構造体として機能する点が実施の形態５と異なる。ここでは主に実施の形態５との違いを記載する。
図１８は実施の形態６に係る光半導体素子１００の上面図である。
光半導体素子１００は、第２の電極１０４の広がり部１０７が変調器部１０３まで延びている。この延びた部分は実施の形態３で説明した構造体として機能する。
次に、光半導体素子１００をサブマウント１０９にジャンクションダウン実装した例を図１９を用いて説明する。図１９は光半導体素子１００がサブマウント１０９に実装された状態を示す断面図である。断面箇所は図１８のＦ−Ｆである。
サブマウント１０９の第２のサブマウント電極１１０は、光半導体素子１００の第２の電極１０４の形状に合わせて形成されている。この第２のサブマウント電極１１０と第２の電極１０４が接合されている。
以上のとおり、実施の形態６によれば、広がり部１０７が第１のリッジ７２の左右まで延びているため、サブマウント１０９に実装した場合、光半導体素子１００が傾いてしまう片当たりの状態を防げる。すなわち、変調器部１０３まで延びた広がり部１０７は片当たりを防ぐための構造体として機能する。
なお、変調器部１０３まで延びた広がり部１０７は第１のリッジ７２の左右両方にあるとしたが、一方だけでもよい。
また、変調器部１０３まで延びた広がり部１０７は、図２０に示すように、鍵型の形状でもよい。鍵型とは、変調器部１０３側に延びた広がり部１０７が途中から太くなった形状をいう。このようにすることで、より安定して光半導体素子１００の片当たりを防止できる。
また、片当たり防止のための構造体として変調器部１０３まで延びた広がり部１０７を用いたが、実施の形態３で説明した絶縁体（または電極）、または、実施の形態４で説明した凹部電極を用いてもよい。凹部電極を用いる場合、裏面電極８３はなくてもよい。
実施の形態７．
実施の形態７に係る光半導体素子について説明する。実施の形態７に係る光半導体素子は、リッジ溝の中に樹脂膜が形成されていない点が実施の形態５と異なる。ここでは主にこの違いを記載する。
図２１は実施の形態７に係る光半導体素子１２０の斜視図である。図２２（ａ）は光半導体素子１２０の上面図、図２２（ｂ）は図２２（ａ）のＧ−Ｇにおける断面図、図２２（ｃ）は図２２（ａ）のＨ−Ｈにおける断面図である。ここでは光半導体素子１２０は実施の形態５の光半導体素子７０と同様にレーザ部１２４と変調器部１２５が集積されたものである。図に示すように、第１のリッジ溝１２２および第２のリッジ溝１２６の中は樹脂膜が形成されていない。特に第１のリッジ溝１２２の中は空洞である。第２の電極１２７は第１のリッジ７２の上から第１のリッジ溝１２２の中にも形成され、広がり部１２８まで延びている。
以上のとおり、実施の形態７によれば、第１のリッジ溝１２２および第２のリッジ溝１２６の中に樹脂膜が形成されていないため、樹脂膜を埋め込むための製造工程を削減できる。また、樹脂膜を埋め込んだ場合に比べて誘電率を低くできるので、第１の電極８０の寄生容量を減らせる。
なお、第１のリッジ溝１２２の中が空洞であれば、第２のリッジ溝１２６には樹脂膜が埋め込まれていてもよい。この場合でも第１のリッジ溝１２２の寄生容量を減らせる。また、レーザ部１２４と変調器部１２５が集積されたものではなく、実施の形態１等と同じように変調器部１２５がないものであってもよい。
なお、各実施の形態を、適宜、組み合わせたり、変形や省略したりすることも、実施の形態で示された技術的思想の範囲に含まれる。
１０，４０，５０，６０，７０，１００，１２０ 光半導体素子
１１，７１ 基板
１２，７２ 第１のリッジ
１３，７３ 第１の第１導電型クラッド層
１４，７４ 第１のコア層
１５，７５ 第１の第２導電型クラッド層
１６，７６ 第１のコンタクト層
１８，７８，１２２ 第１のリッジ溝
２０，２０ａ，２０，８０，２０ｂ 第１の電極
２１，８１ 第１の半田層
４２，４２ｂ 下部電極
４３，４３ｂ 上部電極
６１ 凹部
６２ 凹部電極
６３ 凹部半田層
６４ 底面
６５ 下側コンタクト層
８６ 第２のリッジと
８７ 第２の第１導電型クラッド層
８８ 第２のコア層
８９ 第２の第２導電型クラッド層
９０ 第２のコンタクト層
９１，１２６ 第２のリッジ溝
９２，１０４，１２７，１０４ｂ 第２の電極
９３，１０６ 第２の半田層
９４，１０７，１２８，１０７ｂ 広がり部

Claims (7)

  1. 基板と、
    前記基板の上に形成され、下から順に第１の第１導電型クラッド層、第１のコア層、第１の第２導電型クラッド層、第１のコンタクト層を有し、両脇に第１のリッジ溝が配置された第１のリッジと、
    前記第１のリッジの上で前記第１のコンタクト層とコンタクトし、前記第１のリッジ溝まで広がらず、第１の半田層を含む第１の電極と、
    前記基板の上に形成され、前記第１のリッジに連なり、下から順に第２の第１導電型クラッド層、第２のコア層、第２の第２導電型クラッド層、第２のコンタクト層を有し、両脇に第２のリッジ溝が配置された第２のリッジと、
    前記第２のリッジの上で前記第２のコンタクト層とコンタクトし、前記第２のリッジ溝を越えて広がる広がり部を有し、第２の半田層を含む第２の電極と、
    を備え、
    前記第２のコア層はレーザ光を発光する活性層であり、
    前記第１のコア層は前記第２のコア層からのレーザ光を変調する吸収層である光半導体素子。
  2. 前記第２の半田層はＡｕＳｎでできており、
    前記第２の半田層の上にはＡｕでできた層がある請求項１に記載の光半導体素子。
  3. 前記第１のリッジから前記第１のリッジ溝より離れた領域に、前記第１の電極と上面の高さが等しい構造体が形成された請求項１〜２のいずれか１項に記載の光半導体素子。
  4. 前記基板と前記第１のリッジの間に、前記第１の第１導電型クラッド層と電気的に接続された下側コンタクト層が形成され、
    前記第１のリッジから前記第１のリッジ溝より離れた領域に、底面が前記下側コンタクト層と接するように掘られた凹部が形成され、
    前記凹部に前記第１の電極と上面の高さが等しく、前記底面を通じて前記第１の第１導電型クラッド層と電気的に接続され、凹部半田層を含む凹部電極が形成され、
    前記構造体は前記凹部電極である請求項３に記載の光半導体素子。
  5. 前記凹部半田層はＡｕＳｎでできており、
    前記凹部半田層の上にはＡｕでできた層がある請求項４に記載の光半導体素子。
  6. 前記第１のリッジから前記第１のリッジ溝より離れた領域に、前記第１の電極と上面の高さが等しい構造体が形成され、
    前記構造体は、前記広がり部が延びたものである請求項１または２に記載の光半導体素子。
  7. 前記第１のリッジ溝の中は空洞である請求項１〜６のいずれか１項に記載の光半導体素子。
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