JP2003347653A

JP2003347653A - 半導体光デバイス

Info

Publication number: JP2003347653A
Application number: JP2002157839A
Authority: JP
Inventors: Michio Murata; 道夫村田
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2002-05-30
Filing date: 2002-05-30
Publication date: 2003-12-05

Abstract

(57)【要約】【課題】放熱特性を向上できる構造を有する半導体光
デバイスを提供する。【解決手段】半導体光デバイス１ａは、半導体導波路部
７と、第１の電極９ａと、第２の電極１１と、熱伝達層
１３を備える。半導体導波路部７は、基板５上に設けら
れ所定の軸に沿って伸びており、一対の側面７ａ、７ｂ
を有する。半導体導波路部７は、また、第１導電型半導
体層１９ａ及び第２導電型半導体層１７ａ、並びに第１
導電型半導体層１９ａと第２導電型半導体層１７ａとの
間に設けられた活性層２１ａを有する。第１の電極９ａ
は、第１導電型半導体層１９ａに電気的に接続されてい
る。第２の電極１１は、第２導電型半導体層１７ａに電
気的に接続されている。熱伝達層１３は、III−Ｖ化合
物半導体よりも熱伝導率が大きい材料から構成されてお
り、一対の側面７ａ、７ｂの少なくとも一方の側面上に
設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体光デバイス
に関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信システムでは、光信号を発生する
ための半導体発光素子、半導体光変調素子及び半導体光
増幅素子といった光素子を必要とする。光素子は、変調
レートに応じた速度で動作することが求められる。

【０００３】光通信のための光信号を発生するために、
半導体発光素子および半導体変調素子といった半導体光
素子が利用されている。例えば、半導体発光素子は、カ
ソード電極と、ｎ型クラッド層と、活性層と、ｐ型クラ
ッド層と、アノード電極とを有している。半導体発光素
子は、カソード電極とアノード電極との間に加えられた
信号に応答して光信号を発生している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】発明者は、光通信シス
テムのために半導体光デバイスの開発に携わっている。
光通信においては、高速伝送の要求がある。しかしなが
ら、これらの要求に応じるためには、高速で動作可能な
半導体光デバイスが必要である。発明者は、このような
半導体光デバイスに対して求められる特性を検討してい
る。この検討によれば、半導体光デバイスは、小さい寄
生容量だけでなく、優れた放熱特性を有する必要がある
ことが示された。

【０００５】光通信の分野では、高速で信号を伝送する
ことへの要求が強い。これを実現するためには、半導体
光素子は、所望の変調速度で変調された光信号を生成す
ることを要求さられる。半導体光素子の動作周波数を高
くするために、半導体光素子の寄生容量を低減すること
が求められる。低容量化を実現するための一手法には、
光導波路の幅を小さくすることがある。

【０００６】発明者らの検討によれば、しかしながら、
活性層の幅を小さくすると、電気抵抗が高くなるだけで
なく、熱抵抗も大きくなる。また、電気抵抗の増大によ
り、半導体光素子における発熱はより一層大きくなる。
つまり、求められることは、動作速度の増大により増加
する熱を放出することである。

【０００７】そこで、本発明の目的は、放熱特性を向上
できる構造を有する半導体光デバイスを提供することと
した。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の一側面は、半導
体光デバイスに係わる。半導体光デバイスは、半導体導
波路部と、第１の電極と、第２の電極と、熱伝達層を備
える。半導体導波路部は、基板上に設けられ所定の軸に
沿って伸びており、一対の側面を有する。また、半導体
導波路部は、第１導電型半導体層、第２導電型半導体
層、及び第１導電型半導体層と第２導電型半導体との間
に設けられた活性層を有する。第１の電極は、第１導電
型半導体層に電気的に接続されている。第２の電極は、
第２導電型半導体層に電気的に接続されている。熱伝達
層は、III−Ｖ化合物半導体よりも熱伝導率が大きい材
料から構成されており、一対の側面の少なくとも一方の
側面上に設けられている。この半導体光デバイスでは、
半導体導波路部において発生された熱は、半導体導波路
部の側面から熱伝達層を介して散逸される。

【０００９】また、半導体光デバイスは、一対のトレン
チと、半導体導波路部と、第１の電極と、第２の電極
と、熱伝達層を備える。各トレンチは、該トレンチを規
定するように設けられた表面を有している。半導体導波
路部は、基板上に設けられており、一対のトレンチの間
に位置している。半導体導波路部は、第１導電型半導体
層、第２導電型半導体層、及び第１導電型半導体層と第
２導電型半導体との間に設けられた活性層を有してい
る。第１の電極は、第１導電型半導体層に電気的に接続
されている。第２の電極は、第２導電型半導体層に電気
的に接続されている。熱伝達層は、各トレンチの表面上
に設けられており、III−Ｖ化合物半導体よりも熱伝導
率が大きい材料から構成されている。半導体光デバイス
がトレンチを備えれば、電極に付加される寄生容量を低
減できる。また、この半導体光デバイスでは、半導体導
波路部において発生された熱は、各トレンチの表面から
熱伝達層を介して散逸される。

【００１０】この半導体光デバイスでは、各トレンチ
は、基板に到達するように設けられることができる。こ
の半導体光デバイスでは、半導体導波路部において発生
された熱は、熱伝達層を介して基板に伝わる。

【００１１】この半導体光デバイスでは、熱伝達層は、
金属層を含むことができる。金属層は、第１及び第２の
電極から分離されている。第１及び第２の電極から分離
された金属層は、寄生容量を増加することがない熱伝達
層として働く。また、熱伝達層の材料としては、ダイア
モンド又は立方晶系窒化硼素(ＣＢＮ)を使用できる。

【００１２】この半導体光デバイスは、金属膜と半導体
導波路部との間に設けられた絶縁層を更に備えることが
できる。この構成によれば、金属膜を半導体導波路部か
ら確実にアイソレーションできる。また、絶縁層の厚さ
は、３００ナノメートル以下であることが好ましい。絶
縁性シリコン化合物の熱伝導率はIII−Ｖ化合物半導体
の熱伝導率よりも小さいけれども、３００ナノメートル
以下の絶縁性シリコン化合物層は、半導体導波路部から
金属膜への熱伝導を著しく妨げることはない。

【００１３】この半導体光デバイスでは、金属膜は、Ａ
ｕ元素及びＡｌ元素の少なくともいずれかを含むことが
できる。Ａｕ及びＡｌは、III−Ｖ化合物半導体デバイ
スの製造プロセスにおいて取り扱い易い材料である。

【００１４】この半導体光デバイスは、半導体発光素
子、半導体光変調素子、及び半導体光増幅素子の少なく
ともいずれかを含むことができる。これらは、パワーの
消費が大きい半導体素子である。或いは、半導体光デバ
イスは、半導体発光素子、半導体光変調素子、及び半導
体光増幅素子の少なくとも２つを基板上に集積した光集
積デバイスを含むことができる。

【００１５】本発明の上記の目的および他の目的、特
徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発
明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容
易に明らかになる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の知見は、例示として示さ
れた添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮するこ
とによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を
参照しながら、本発明の半導体光デバイスに係わる実施
の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同
一の符号を付する。 (第１の実施の形態)図１は、本発明の実施の形態に係わ
る半導体光デバイスを示す斜視図である。半導体光デバ
イス１ａは、２つの半導体光素子３ａ及び３ｂを備え
る。図２(ａ)は、図１に示されたI−I線に沿った断面図
であり、図２(ｂ)は、図１に示されたII−II線に沿った
断面図である。

【００１７】図１、図２(ａ)及び図２(ｂ)を参照しなが
ら、半導体光デバイス１ａを説明する。半導体光デバイ
ス１ａは、基板５と、半導体導波路部７と、第１の電極
９ａと、第２の電極１１と、熱伝達層１３とを備える。
基板５としてはＩｎＰ半導体基板が例示される。引き続
く説明では、基板５としてｎ型半導体基板を用いる半導
体光デバイスを説明する。

【００１８】図１及び図２(ａ)を参照すると、半導体導
波路部７は、基板上に設けられ所定の軸に沿って伸びて
いる。また、半導体導波路部７は、一対の側面７ａ及び
７ｂを有する。半導体導波路部７は、第１導電型(ｎ型)
半導体層１７ａ、第２導電型(ｐ型)半導体層１９ａ、及
び活性層２１ａを有する。活性層２１ａは、ｎ型半導体
層１７ａとｐ型半導体層１９ａとの間に設けられてい
る。ｎ型半導体層１７ａは、ｎ型クラッド層として機能
する。ｐ型半導体層１９ａは、ｐ型クラッド層として機
能する。半導体導波路部７は、ｎ型半導体層１７ａと活
性層２１ａの間に半導体層２３ａを備える。半導体層２
３ａは、光ガイド層として役立つ。半導体導波路部７
は、ｎ型半導体層１７ａと活性層２１ａの間に設けられ
た半導体層２５ａを備える。半導体層２５ａは、光ガイ
ド層として機能する。

【００１９】半導体導波路部７は、第１の電極９ａに直
接に接続されたｐ型半導体層２９ａを備える。ｐ型半導
体層２９ａは、コンタクト層として役立つ。半導体導波
路部７は、ｐ型半導体層２９ａとｐ型半導体層１９ａと
の間に設けられたｐ型半導体層２７を備える。ｐ型半導
体層２７は、クラッド層として機能する。第１の電極９
ａは、ｐ型半導体層１９ａに電気的に接続されている。
第２の電極１１は、ｎ型半導体層１７ａに電気的に接続
されている。

【００２０】半導体導波路部７は、半導体メサ７ｃ及び
分離部７ｄを備える。半導体メサ７ｃは、半導体層１７
ａ、１９ａ、２１ａ、２３ａ、２５ａを備える。半導体
メサ７ｃの両側面には、分離部７ｄが設けられている。
ｐ型半導体層２７及び２９は、半導体メサ７ｃ及び分離
部７ｄ上に設けられている。分離部７ｄは、アノード電
極(電極１１)からカソード電極(電極９ａ)に流れる電流
の経路を半導体メサ７ｃに狭めるように動作する。半導
体光デバイス１ａには、この電流と、アノード電極とカ
ソード電極との間の電圧との積に相当するエネルギが与
えられる。このエネルギは、光エネルギと、熱エネルギ
とに分類される。光エネルギは、半導体メサ７ｃにおい
て発生される光に対応する。熱エネルギは、半導体メサ
７ｃにおいて発生される熱に対応する。

【００２１】活性層２１ａの屈折率は、ｎ型半導体層１
７ａ及びｐ型半導体層１９ａの屈折率より大きい。ま
た、活性層２１ａの屈折率は、分離部７ｄの屈折率より
大きい。結果的に、光は、活性層２１ａに光学的に閉じ
込められる。また、活性層２１ａのフォトルミネッセン
ス波長は、ｎ型半導体層１７ａのフォトルミネッセンス
波長より大きい。活性層２１ａのフォトルミネッセンス
波長は、ｐ型半導体層１９ａのフォトルミネッセンス波
長より大きい。ｎ型半導体層１７ａ及びｐ型半導体層１
９ａは、活性層２１ａにキャリアを閉じ込めるように作
用する。

【００２２】熱伝達層１３は、半導体導波路部７の一対
の側面７ａ、７ｂの少なくとも一方の側面上に(図１の
実施の形態では、両側に)設けられている。熱伝達層１
３の材料は、III−Ｖ化合物半導体よりも熱伝導率が大
きい。この半導体光デバイスで１ａは、半導体導波路部
７において発生された熱は、半導体導波路部７の側面か
ら熱伝達層２３を介して散逸される。

【００２３】図１及び図２(ｂ)を参照すると、半導体光
デバイス１ａの半導体光素子３ｂも、半導体光素子３ａ
とほぼ同様な構造を備えている。半導体導波路部７は、
基板上に設けられ所定の軸に沿って伸びている。また、
半導体導波路部７は、一対の側面７ａ及び７ｂを有す
る。半導体導波路部７は、第１導電型(ｎ型)半導体層１
７ｂ、第２導電型(ｐ型)半導体層１９ｂ及び活性層２１
ｂを有する。活性層２１ｂは、ｎ型半導体層１７ｂとｐ
型半導体層１９ｂとの間に設けられている。ｎ型半導体
層１７ｂは、ｎ型クラッド層として機能する。ｐ型半導
体層１９ｂは、ｐ型クラッド層として機能する。半導体
導波路部７は、ｎ型半導体層１７ｂと活性層２１ｂの間
に半導体層２３ｂを備える。半導体層２３ｂは、光ガイ
ド層として役立つ。半導体導波路部７は、ｐ型半導体層
１９ｂと活性層２１ｂの間に設けられた半導体層２５ｂ
を備える。半導体層２５ｂは、光ガイド層として機能す
る。

【００２４】半導体導波路部７は、第１の電極９ｂに直
接に接続されたｐ型半導体層２９ｂを備える。ｐ型半導
体層２９ｂは、コンタクト層として役立つ。半導体導波
路部７は、ｐ型半導体層２９とｐ型半導体層１９ｂとの
間に設けられたｎ型半導体層２７を備える。ｐ型半導体
層２７は、ｐ型クラッド層として機能する。第１の電極
９ｂは、ｐ型半導体層１９ｂに電気的に接続されてい
る。第２の電極１１は、ｎ型半導体層１７ｂに電気的に
接続されている。

【００２５】半導体導波路部７は、半導体メサ７ｃ及び
分離部７ｄを備える。半導体メサ７ｃは、半導体層１７
ｂ、１９ｂ、２１ｂ、２３ｂ、２５ｂを備える。半導体
メサ７ｃの両側面には、分離部７ｄが設けられている。
ｐ型半導体層２７及び２９ｂは、半導体メサ７ｃ及び分
離部７ｄ上に設けられている。分離部７ｄは、アノード
電極(電極１１)からカソード電極(電極９ｂ)に流れる電
流の経路を半導体メサ７ｃに狭めるように動作する。

【００２６】ｐ型半導体層２７及び２９ｂは、半導体メ
サ７ｃ及び分離部７ｄ上に設けられている。分離部７ｄ
は、アノード電極(電極１１)からカソード電極(電極９
ｂ)に流れる電流の経路を半導体メサ７ｃに狭めるよう
に動作する。

【００２７】活性層２１ｂの屈折率は、ｎ型半導体層１
７ｂ及びｐ型半導体層１９ｂの屈折率より大きい。ま
た、活性層２１ｂの屈折率は、分離部７ｄの屈折率より
大きい。結果的に、光は、活性層２１ｂに光学的に閉じ
込められる。また、活性層２１ｂのフォトルミネッセン
ス波長は、ｎ型半導体層１７ｂのフォトルミネッセンス
波長より大きい。活性層２１ｂのフォトルミネッセンス
波長は、ｐ型半導体層１９ｂのフォトルミネッセンス波
長より大きい。ｎ型半導体層１７ｂ及びｐ型半導体層１
９ｂは、活性層２１ｂにキャリアを閉じ込めるように作
用する。

【００２８】熱伝達層１３、１４は、半導体導波路部７
の一対の側面７ａ、７ｂの少なくとも一方の側面上に
(図１の実施の形態では、両側上に)設けられている。熱
伝達層１３、１４の材料は、III−Ｖ化合物半導体より
も熱伝導率が大きい。例えば、ＩｎＰ半導体の熱伝導率
は６８Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1であり、ＩｎＰ半導体の熱抵抗率
は、１．４７Ｗ^-1・Ｋ・ｃｍである。この半導体光デバ
イスで１ａは、半導体導波路部７において発生された熱
は、半導体導波路部７の側面から熱伝達層１３、１４を
介して散逸される。

【００２９】また、半導体光デバイス１ａでは、熱伝達
層１３、１４は、金属層を含むことができる。金属層
は、第１及び第２の電極９ａ、９ｂ、１１から分離され
ている。第１の電極９ａ、９ｂ及び第２の電極１１から
分離された金属層は、追加の寄生容量を電極に付加する
ことの無い熱伝達層として役立つ。金属層は、Ａｕ膜及
びＡｌ膜の少なくともいずれかを含むことができる。ま
た、金属層は、Ａｕ元素及びＡｌ元素の少なくともいず
れかを含むことができる。金及びアルミニウムは、III
−Ｖ化合物半導体デバイスの製造プロセスにおいて取り
扱い易い材料である。また、熱伝達層の材料としては、
ダイアモンド又は立方晶系窒化硼素(ＣＢＮ)を使用でき
る。

【００３０】図２(ａ)及び図２(ｂ)を参照すると、半導
体光デバイス１ａは、一対のトレンチ１５を備える。ト
レンチ１５ａ、１５ｂの各々は、該トレンチを規定する
ように設けられた表面１５ｃを有している。半導体導波
路部７は、基板５上に設けられており、一対のトレンチ
１５ａ、１５ｂの間に位置している。表面１５ｃは、半
導体導波路部７の側面を構成する第１の部分、トレンチ
の底部を構成する第２の部分、及び半導体導波路部７の
側面に対面する第３の部分を有する。熱伝達層１３、１
４は、各トレンチ１５ａ、１５ｂにおいて、第１〜第３
の部分からなる表面１５ｃ上に設けられている。半導体
光デバイス１ａの半導体光素子３ａがトレンチ１５を備
えれば、電極９ａに付加される寄生容量を低減できる。
また、この半導体光デバイス１ａでは、半導体導波路部
７において発生された熱は、各トレンチ１５ａ、１５ｂ
の表面から熱伝達層１３、１４を介して散逸される。

【００３１】この半導体光デバイス１ａでは、各トレン
チ１５は、基板５に到達するように設けられることがで
きる。この半導体光デバイス１ａでは、半導体導波路部
７において発生された熱は、熱伝達層１３、１４を介し
て基板５に到達する。

【００３２】また、この半導体光デバイス１ａは、金属
性の熱伝導膜１３、１４と半導体導波路部７との間に設
けられた絶縁層３１を更に備えることができる。この構
成によれば、金属性の熱伝導膜１３、１４を半導体導波
路部７から確実に電気的にアイソレーションできる。ま
た、絶縁層３１の材料を例示すれば、ＳｉＯ₂、Ｓｉ
Ｎ、ＳｉＯＮといった絶縁性シリコン化合物がある。こ
の絶縁層３１の厚さは、３００ナノメートル以下である
ことが好ましい。

【００３３】活性層及びその周辺で発生された熱は、分
離部７ｄを伝搬して半導体導波路部７の側面７ａ及び／
又は７ｂ並びに絶縁層３１を介して熱伝導膜１３、１４
に到達する。絶縁層３１は電気的な絶縁のために必要で
あるけれども、半導体導波路部の放熱性を向上させるた
めには絶縁性シリコン化合物は好適な材料ではない。そ
こで、発明者は様々な検討を行って以下のような結論を
得ている。分離部７ｄがＩｎＰ半導体から成るときは、
３００ナノメートル以下の厚さの絶縁性シリコン化合物
層であれば、分離部７ｄの熱抵抗が放熱にあまり影響し
ない。

【００３４】ＳｉＯ₂の熱伝導率は１．５Ｗ・ｍ^-1・Ｋ
^-1であり、活性層の側面と、半導体導波路部７の一対の
側面７ａ、７ｂのいずれか一方との距離は、例えば、１
３マイクロメートル程度である。絶縁性シリコン化合物
の熱伝導率はIII−Ｖ化合物半導体の熱伝導率よりも小
さいけれども、３００ナノメートル以下の絶縁性シリコ
ン化合物層は、半導体導波路部から金属膜への熱伝導を
著しく妨げることはない。

【００３５】この半導体光デバイスは、半導体発光素
子、半導体光変調素子、及び半導体光増幅素子の少なく
ともいずれかを含むことができる。これらは、パワーの
消費が大きい半導体素子である。または、半導体光デバ
イスは、半導体発光素子、半導体光変調素子、及び半導
体光増幅素子の少なくとも２つを基板上に集積した光集
積デバイスを含むことができる。

【００３６】図３は、図１に示されたIII−III線に沿っ
た断面図である。この半導体光デバイス１ａは、所定の
軸に沿って配置された半導体光素子３ａ及び３ｂを備え
る。半導体光素子３ａの光導波路及び半導体光素子３ｂ
の光導波路の一方の光導波路は、他方の光導波路に境界
面３３において突き当てられている。

【００３７】半導体光素子３ａは、基板５上に形成され
た多層半導体層部を備える。多層半導体層部は、ｎ型半
導体層２３ａ、光ガイド層１７ａ、活性層２１ａ、光ガ
イド層１９ａ、ｐ型クラッド層２５ａ、ｐ型クラッド層
２７、ｐ型コンタクト層２９ａを備える。また、半導体
光素子３ｂは、基板５上に形成された多層半導体層部を
備える。多層半導体層部は、ｎ型半導体層２３ｂ、光ガ
イド層１７ｂ、活性層２１ｂ、光ガイド層１９ｂ、ｐ型
クラッド層２５ｂ、ｐ型クラッド層２７、ｐ型コンタク
ト層２９ｂを備える。各活性層は、単一の半導体層から
成ることができ、またＳＱＷ構造あるいはＭＱＷ構造を
備えることもできるが、これらに限定されるものではな
い。

【００３８】好適な実施例としては、下記のものが例示
される。ｎ型半導体基板５：ＩｎＰ基板ｎ型半導体層２３ａ：ＩｎＰ層(膜厚５５０ナノメート
ル) 光ガイド層１７ａ：ＧａＩｎＡｓＰ層(膜厚５０ナノメ
ートル) 活性層２１ａ：ＧａＩｎＡｓＰ層(膜厚２００ナノメー
トル) 光ガイド層１９ａ：ＧａＩｎＡｓＰ層(膜厚５０ナノメ
ートル) ｐ型クラッド層２５ａ：ＩｎＰ層(膜厚２００ナノメー
トル) ｐ型クラッド層２７：ＩｎＰ層(膜厚２０００ナノメー
トル) ｐ型コンタクト層２９ａ：ＧａＩｎＡｓ層(膜厚５００
ナノメートル) ｎ型半導体層２３ｂ：ＩｎＰ層(膜厚５５０ナノメート
ル) 光ガイド層１７ｂ：ＧａＩｎＡｓＰ層(膜厚１００ナノ
メートル) 活性層２１ｂ：ＧａＩｎＡｓＰ層(膜厚１５０ナノメー
トル) 光ガイド層１９ｂ：ＧａＩｎＡｓＰ層(膜厚１００ナノ
メートル) ｐ型クラッド層２５ｂ：ＩｎＰ層(膜厚２００ナノメー
トル) ｐ型コンタクト層２９ｂ：ＧａＩｎＡｓ層(膜厚５００
ナノメートル) 分離部７ｄ：ＦｅドープＩｎＰとなる。

【００３９】典型的な寸法を例示すれば、活性層ストライプ幅：２マイクロメートル半導体光導波路部幅：１０マイクロメートル以下 (好ましくは６マイクロメートル幅) トレンチの深さ：６マイクロメートル熱伝導層の厚さ：０．５マイクロメートル以上となる。

【００４０】図３に示されるように、基板５上には複数
の素子が設けられている。例えば、光集積素子が半導体
レーザ素子と光変調素子とを備える場合では、光変調素
子はｐ型クラッド層２７を介して半導体レーザ素子と接
続されている。光集積素子において、素子間のアイソレ
ーションが完全ではない。故に、光集積素子では、これ
らの素子間を流れる電流も発熱を引き起こす。つまり、
光集積素子では、個々の素子における発熱量の和より大
きな熱が発生する。したがって、光集積素子では、単独
の半導体素子に比べて放熱の必要性が増す。

【００４１】再び、図１を参照すると、半導体光デバイ
ス１ａは、半導体光素子３ａ及び３ｂを備える。半導体
光デバイス１ａは、半導体光素子３ａのために一対の熱
伝導層１３を半導体導波路部７の各側面に備えており、
半導体光素子３ｂのために一対の熱伝導層１４を半導体
導波路部７の各側面に備えている。各半導体素子は、該
素子のために専用に設けられた熱伝達層を備えている。
結果的に、素子間において熱的な相互干渉が低減され
る。

【００４２】図４は、発明者が行った実験結果である発
光パワーの電流依存性を示すグラフである。図４は、熱
伝導層を備える半導体レーザ素子の発光特性Ｃ₁と、熱
伝導層を備えていない半導体レーザ素子の発光特性Ｃ₂
とを示している。これらを比較すると、熱伝導層を設け
ると、発光特性が２５パーセント程度改善されることが
理解される。実験における素子の温度は、摂氏８５度で
ある。

【００４３】活性層において発生された熱は、トレンチ
の側面まで半導体領域を伝搬した後に、絶縁膜を介して
熱伝導層に伝わる。熱伝導層の熱伝導率は、III−V系半
導体材料の熱伝導率より大きいので、熱は広い領域に散
逸する。故に、素子の熱抵抗が下がり、結果的に活性層
の温度も下がる。これにより、レーザのしきい値電流、
出力パワー、高温動作特性が改善される。

【００４４】(第２の実施の形態)図５〜図９は、それぞ
れ、別の実施の形態に係わる半導体光デバイスを示して
いる。図５を参照すると、半導体光デバイス１ｂは、半
導体素子３ａのために熱伝導層１３ｂを備えており、半
導体素子３ｂのために熱伝導層１４ｂを備えている。熱
伝導層１３ｂ及び１４ｂは、トレンチの側面上に設けら
れているだけでなく、半導体光デバイス１ｂの表面にも
設けられている。これにより、半導体導波路部７におい
て発生された熱は、熱伝導層１３ｂ及び１４ｂを介して
半導体導波路部７から離れた領域まで移動できる。

【００４５】図６を参照すると、半導体光デバイス１ｃ
は、半導体導波路部７を規定するように設けられた一対
のトレンチを備える。各トレンチの側面上には、電極９
ｃ及び９ｄへの導電層を避けるように、熱伝導層１３ｃ
及び１４ｃが設けられている。これにより、半導体導波
路部７において発生された熱は、熱伝導層１３ｃ及び１
４ｃを介して半導体導波路部７から離れた領域まで移動
できる。

【００４６】図７を参照すると、半導体光デバイス１ｄ
は、半導体導波路部７を規定するように設けられた一対
のトレンチを備える。電極９ｃ及び９ｄへの導電層を避
けるように、熱伝導層１３ｄ及び１４ｄが各トレンチの
側面上にだけでなく、半導体光デバイス１ｄの表面にも
設けられている。これにより、半導体導波路部７におい
て発生された熱は、熱伝導層１３ｄ及び１４ｄを介して
半導体導波路部７から離れた領域まで移動できる。半導
体光デバイス１ｄでは、２つの光素子の境界領域にも熱
伝導層が設けられている。これにより、境界領域におい
て発生した熱も熱伝達層を介して伝搬する。

【００４７】図８を参照すると、半導体光デバイス１ｅ
は、半導体導波路部７を規定するように設けられた一対
のトレンチを備える。一方のトレンチの側面上には電極
９ｅ及び９ｆへの導電層が設けられていないので、トレ
ンチの側面上に熱伝導層１３ｅが設けられている。他方
のトレンチの側面上には、電極９ｅ及び９ｆへの導電層
を避けるように、熱伝導層１４ｅが設けられている。こ
れにより、半導体導波路部７において発生された熱は、
熱伝導層１３ｅ及び１４ｅを介して半導体導波路部７か
ら離れた領域まで移動できる。

【００４８】図９を参照すると、半導体光デバイス１ｆ
は、半導体導波路部７を規定するように設けられた一対
のトレンチを備える。一方のトレンチの側面上には電極
９ｅ及び９ｆへの導電層が設けられていないので、熱伝
導層１３ｆは、トレンチの側面上に設けられており、更
に半導体光デバイス１ｆの表面にも設けられている。他
方のトレンチの側面上には、電極９ｅ及び９ｆへの導電
層を避けるように、熱伝導層１４ｆが設けられている。
これにより、半導体導波路部７において発生された熱
は、熱伝導層１３ｆ及び１４ｆを介して半導体導波路部
７から離れた領域まで移動できる。

【００４９】これらの実施の形態の他にも、半導体光デ
バイスは、樹脂体を更に備えることができる。図９を参
照しながら例示的に説明すれば、第１及び第２の電極９
ｅ、９ｆの少なくともいずれかは、樹脂体３５ａ及び３
５ｂ上に設けられている。III−Ｖ化合物半導体よりも
比誘電率が小さい材料からなる樹脂体を用いれば、電極
に付加される寄生容量を低減できる。このような樹脂材
を例示すれば、ポリイミド樹脂またはビスベンゾシクロ
ブテン樹脂体(ＢＣＢ樹脂)がある。

【００５０】好適な実施の形態において本発明の原理を
図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から
逸脱することなく配置および詳細において変更され得る
ことができることは、当業者によって認識される。例え
ば、第１及び第２の電極のいずれかは、樹脂体上に設け
られていてもよい。III−Ｖ化合物半導体よりも比誘電
率が小さい材料からなる樹脂体を用いれば、電極に付加
される寄生容量を低減できる。このような樹脂材を例示
すれば、ポリイミド樹脂またはＢＣＢ樹脂がある。本発
明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定され
るものではない。したがって、特許請求の範囲およびそ
の精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請
求する。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
放熱特性を向上できる構造を有する半導体光デバイスが
提供された。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の実施の形態に係わる半導体光
デバイスを示す斜視図である。

【図２】図２(ａ)は、図１に示された半導体光デバイス
のＩ−Ｉ線にとられた断面図である。図２(ｂ)は、図１
に示された半導体光デバイスのＩＩ−ＩＩ線にとられた
断面図である。

【図３】図３は、図１に示された半導体光デバイスのＩ
ＩＩ−ＩＩＩ線にとられた断面図である。

【図４】図４は、実験結果を示すグラフである。

【図５】図５は、別の実施の形態に係わる半導体光デバ
イスを示す図面である。

【図６】図６は、別の実施の形態に係わる半導体光デバ
イスを示す図面である。

【図７】図７は、別の実施の形態に係わる半導体光デバ
イスを示す図面である。

【図８】図８は、別の実施の形態に係わる半導体光デバ
イスを示す図面である。

【図９】図９は、別の実施の形態に係わる半導体光デバ
イスを示す図面である。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ…半導体光デバイ
ス、３ａ、３ｂ…半導体光素子、５…基板、７…半導体
導波路部、９…第１の電極、１１…第２の電極、１３、
１４…熱伝達層、１７ａ、１７ｂ、１９ａ、１９ｂ…光
ガイド層、２１ａ、２１ｂ…活性層、２３ａ、２３ｂ…
ｎ型半導体層、２５ａ、２５ｂ…ｐ型クラッド層、２７
…ｐ型クラッド層、２９ａ、２９ｂ…ｐ型コンタクト層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に設けられ所定の軸に沿って伸び
ており一対の側面を有する半導体導波路部を備え、前記
半導体導波路部は、第１導電型半導体層、第２導電型半
導体層、及び前記第１導電型半導体層と前記第２導電型
半導体との間に設けられた活性層を有しており、前記第１導電型半導体層に電気的に接続された第１の電
極を備え、前記第２導電型半導体層に電気的に接続された第２の電
極を備え、前記一対の側面の少なくとも一方の側面上に設けられた
熱伝達層を備え、該熱伝達層は、III−Ｖ化合物半導体
よりも熱伝導率が大きい材料から構成される、半導体光
デバイス。
【請求項２】一対のトレンチを備え、各トレンチは、
該トレンチを規定するように設けられた表面を有してお
り、基板上に設けられ前記一対のトレンチの間に位置してい
る半導体導波路部を備え、前記半導体導波路部は、第１
導電型半導体層、第２導電型半導体層、及び前記第１導
電型半導体層と前記第２導電型半導体との間に設けられ
た活性層を有しており、前記第１導電型半導体層に電気的に接続された第１の電
極を備え、前記第２導電型半導体層に電気的に接続された第２の電
極を備え、各トレンチの表面上に設けられた熱伝達層を備え、該熱
伝達層は、III−Ｖ化合物半導体よりも熱伝導率が大き
い材料から構成される、半導体光デバイス。
【請求項３】各トレンチは、前記基板に到達するよう
に設けられている、請求項２に記載の半導体光デバイ
ス。
【請求項４】前記熱伝達層は金属層を含み、該金属層
は、前記第１及び第２の電極から分離されている、請求
項１から請求項３のいずれかに記載の半導体光デバイ
ス。
【請求項５】前記金属膜と前記半導体導波路部との間
に設けられた絶縁層を更に備える、請求項４に記載の半
導体光デバイス。
【請求項６】前記絶縁層は、絶縁性シリコン化合物で
あり、前記絶縁層の厚さは、３００ナノメートル以下である、
請求項４に記載の半導体光デバイス。
【請求項７】当該半導体光デバイスは、半導体発光素
子、半導体光変調素子、及び半導体光増幅素子の少なく
ともいずれかを含む、請求項１から請求項６のいずれか
に記載の半導体光デバイス。