JP2010263047A - 半導体光素子及びその作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光導波路の端面上に膜を備える半導体光素子及びその作製方法において、半導体基板の劈開、およびその後の取扱いの際における端面の損傷を低減する。
【解決手段】半導体光素子１は、半導体基板３上に設けられ、該半導体基板３の主面３ａに沿った光導波方向に延びる光導波路２と、光導波路２の両端に形成された端面２ａ，２ｂと、光導波方向における半導体基板３の両端に形成された劈開面３ｃ，３ｄと、光導波路２の端面２ａ，２ｂ上に設けられ、光導波路２の屈折率より小さい屈折率を有する膜１０ａ，１０ｂとを備える。膜１０ａ，１０ｂは、半導体基板３の劈開前に形成されたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体光素子及びその作製方法に関するものである。

一対の端面を有する光導波路を備える半導体光素子としては、例えばファブリ・ペロー（ＦＰ）型、ＤＦＢ型、波長可変型といった各種の半導体レーザ素子や、半導体光増幅器、半導体光変調器などがある。これらの半導体光素子においては、光導波路の端面を保護すること、及び端面の反射率を調整することを目的として、端面に酸化物、窒化物、またはシリコン等から成る膜が設けられることが多い。

特許文献１には、半導体レーザ素子の端面に保護膜を形成するための一般的な方法が記載されている。すなわち、従来の一般的な方法とは、半導体ウェハから劈開により形成された、半導体レーザ素子が一列に並んだ複数の半導体レーザバーを、光導波路の両端面の一方が露出するように端面コーティング用治具の載置面に対して垂直に装填し、当該端面に、スパッタやＣＶＤ法などを用いて保護膜を形成するというものである。

特開平１０−１２５９９４号公報

上述したような、端面上の膜を形成する際の一般的な手順では、劈開後の半導体レーザバーといった棒状部材の取扱いには細心の注意が払われる。棒状部材を取り扱う際に光導波路の端面が損傷すると、素子の光出力が低下したり、素子の信頼性が低下するおそれがあるからである。

本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、光導波路の端面上に膜を備える半導体光素子及びその作製方法において、半導体基板の劈開、およびその後の取扱いの際における端面の損傷を低減することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明による第１の半導体光素子は、半導体基板上に設けられ、該半導体基板の主面に沿った光導波方向に延びる光導波路と、光導波路の一端に形成された端面と、光導波方向における半導体基板の一端に形成された劈開面と、光導波路の端面上に設けられ、光導波路の屈折率より小さい屈折率を有する膜とを備え、半導体基板の劈開前に上記膜が形成されたことを特徴とする。

この第１の半導体光素子においては、光導波路の端面上の膜が半導体基板の劈開前に形成されている。すなわち、この膜は、半導体基板上に光導波路を含む半導体層が成長されたのち、その半導体基板が所定の切断予定線に沿って棒状に劈開される前の段階において、光導波路の端面上に形成されたものである。第１の半導体光素子によれば、このような膜を備えることによって、半導体基板を劈開する際に光導波路の端面を適切に保護することができるので、半導体基板の劈開、およびその後の取扱いの際における端面の損傷を効果的に低減することができる。

また、第１の半導体光素子は、光導波方向における膜の表面の位置が、光導波方向における半導体基板の劈開面の位置より内側であることを特徴としてもよい。一般的な半導体光素子では、光導波路の端面が半導体基板の劈開によって形成されるので、端面上の膜の表面は劈開面の外側に位置することとなる。これに対し、上述した第１の半導体光素子のように、光導波路の端面上の膜が半導体基板の劈開前に形成された場合には、光導波方向における膜の表面は、必然的に光導波方向における半導体基板の劈開面より内側に位置することとなる。すなわち、このような構成を備える半導体光素子は、上述した第１の半導体光素子の効果を好適に奏することができる。

また、第１の半導体光素子は、膜が、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、及びＡｌ_２Ｏ_３のうち少なくとも一つを含むことを特徴としてもよい。これらの材料は半導体より屈折率が小さいので、光導波路の屈折率より小さい屈折率を有する膜を好適に実現できる。

また、第１の半導体光素子は、膜の厚さが０．５［μｍ］以上２．０［μｍ］以下であることを特徴としてもよい。膜の厚さが０．５［μｍ］以上であることにより、半導体基板の劈開前においても、例えば溝に膜材料を埋め込む等の方法によって、上記膜を好適に形成できる。また、膜の厚さが２．０［μｍ］以下であることにより、膜を通過する光の損失を抑えることができる。

また、第１の半導体光素子は、光導波方向における膜の表面の位置と、光導波方向における半導体基板の劈開面の位置との差が１０［μｍ］以上３０［μｍ］以下であることを特徴としてもよい。膜の表面位置と劈開面位置との差を１０［μｍ］以上とすることにより、半導体基板を劈開する際の寸法誤差を十分に吸収することができる。また、膜の表面位置と劈開面位置との差を３０［μｍ］以下とすることにより、光ファイバといった他の光導波手段と当該半導体光素子との結合効率を十分に確保できる。

また、第１の半導体光素子は、光導波路を含む半導体層内に形成され、光導波路の端面に沿った面方向に延在する別の膜を更に備えることを特徴としてもよい。当該端面上に形成された膜と、この別の膜とが協働することにより、高い反射率を有するＨＲ（High Reflection）膜を好適に実現できる。

また、本発明による第２の半導体光素子は、半導体基板上に設けられ、該半導体基板の主面に沿った光導波方向に延びる光導波路と、光導波路の一端に形成された第１の端面、および光導波路の他端に形成された第２の端面と、光導波方向における半導体基板の両端部に形成された劈開面と、第１及び第２の端面上にそれぞれ設けられ、光導波路の屈折率より小さい屈折率を有する第１及び第２の膜とを備え、半導体基板の劈開前に第１及び第２の膜が形成されたことを特徴とする。

この第２の半導体光素子においては、光導波路の第１の端面上の第１の膜、及び第２の端面上の第２の膜が半導体基板の劈開前に形成されている。したがって、既述した第１の半導体光素子と同様に、半導体基板を棒状に劈開する際に光導波路の第１及び第２の端面を適切に保護することができるので、半導体基板の劈開、およびその後の取扱いの際における第１及び第２の端面の損傷を効果的に低減することができる。

また、第２の半導体光素子は、光導波方向における第１及び第２の膜の表面の位置が、光導波方向における半導体基板の劈開面の位置より内側であることを特徴としてもよい。前述したように、光導波路の端面上の膜が半導体基板の劈開前に形成された場合には、光導波方向における膜の表面は、必然的に光導波方向における半導体基板の劈開面より内側に位置することとなる。すなわち、このような構成を備える半導体光素子は、上述した第２の半導体光素子の効果を好適に奏することができる。

また、第２の半導体光素子は、光導波路を含む半導体層内に形成され、第１及び第２の端面のうち一方の端面に沿った面方向に延在する第３の膜を更に備えることを特徴としてもよい。当該端面上に形成された第１（または第２）の膜と、この第３の膜とが協働することにより、高い反射率を有するＨＲ（High Reflection）膜を好適に実現できる。また、他方の第２（または第１）の膜は反射を抑えるＡＲ（Anti Reflection）膜となるので、光反射端面および光出射端面を有する光共振器を好適に実現できる。

また、本発明による半導体光素子の第１の作製方法は、半導体基板の切断予定線と交差し該半導体基板の主面に沿う光導波方向に延びる光導波路を該半導体基板上に形成する工程と、光導波路と交差する第１の溝を、光導波路を含む半導体層の切断予定線より内側に形成することにより、光導波路の端面を形成する工程と、光導波路の屈折率より小さい屈折率を有する膜材料を第１の溝に堆積させることにより、端面上に膜を形成する工程と、切断予定線に沿って第２の溝を形成するとともに、第２の溝の側面に膜の表面を露出させる工程と、切断予定線に沿って半導体基板を劈開する工程とを備えることを特徴とする。

また、本発明による半導体光素子の第２の作製方法は、半導体基板の切断予定線と交差し該半導体基板の主面に沿う光導波方向に延びる光導波路を該半導体基板上に形成する工程と、光導波路と交差する第１の溝を、光導波路を含む半導体層の切断予定線より内側に形成することにより、光導波路の端面を形成する工程と、光導波路の屈折率より小さい屈折率を有する膜材料を第１の溝に堆積させることにより、端面上に膜を形成する工程と、切断予定線に沿って半導体基板を劈開する工程と、半導体基板の劈開により形成された、光導波路を含む半導体層の端面にエッチングを施すことにより、膜の表面を露出させる工程とを備えることを特徴とする。

上記した第１及び第２の作製方法においては、光導波路を半導体基板上に形成した後、半導体基板を劈開する前に、光導波路と交差する第１の溝を形成し、この第１の溝に膜材料を堆積させることによって、光導波路の端面上に膜を形成する。これにより、光導波路の端面が膜により保護された状態となる。その後、第１の作製方法では、切断予定線に沿って第２の溝を形成することにより膜の表面を露出させ、切断予定線に沿って半導体基板を劈開する。また、第２の作製方法では、切断予定線に沿って半導体基板を劈開し、光導波路を含む半導体層の端面にエッチングを施すことにより膜の表面を露出させる。以上の工程を経ることにより、劈開工程およびその後の工程における光導波路の端面の損傷を低減することができる。

本発明によれば、光導波路の端面上に膜を備える半導体光素子及びその作製方法において、半導体基板の劈開、およびその後の取扱いの際における端面の損傷を低減できる。

本発明の第１実施形態に係る半導体光素子１の構成を示す（ａ）側断面図および（ｂ）Ｉｂ−Ｉｂ線に沿った平面断面図である。 （ａ）半導体光素子１の端面２ａに形成された膜１０ａの波長−反射率特性を示すグラフである。（ｂ）半導体光素子１の端面２ｂに形成された膜１０ｂ及び１０ｃの波長−反射率特性を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係る半導体光素子１の作製方法を示すフローチャートである。 （ａ），（ｂ）第２実施形態に係る半導体光素子１の作製工程の一部を示す、光導波方向に沿った断面を示す側断面図である。 （ａ）第２実施形態に係る半導体光素子１の作製工程の一部を示す、光導波方向に沿った断面を示す側断面図である。（ｂ）第２実施形態に係る半導体光素子１の作製工程の一部を示す、光導波方向に垂直な断面を示す側断面図である。 第２実施形態に係る半導体光素子１の作製工程の一部を示す、光導波方向に垂直な断面を示す側断面図である。 （ａ）第２実施形態に係る半導体光素子１の作製工程の一部を示す、光導波方向に沿った断面を示す側断面図である。（ｂ）（ａ）のVIIｂ−VIIｂ線に沿った平面断面図である。 第２実施形態に係る半導体光素子１の作製工程の一部を示す、光導波方向に沿った断面を示す（ａ）側断面図及び（ｂ）平面図である。 第２実施形態に係る半導体光素子１の作製工程の一部を示す、光導波方向に沿った断面を示す側断面図である。 （ａ）第２実施形態に係る半導体光素子１の作製工程の一部を示す平面図である。（ｂ）（ａ）のＸｂ−Ｘｂ線に沿った側断面図である。 （ａ）第２実施形態に係る半導体光素子１の作製工程の一部を示す平面図である。（ｂ）（ａ）のXIｂ−XIｂ線に沿った側断面図である。 （ａ）第２実施形態に係る半導体光素子１の作製工程の一部を示す平面図である。（ｂ）（ａ）のXIIｂ−XIIｂ線に沿った側断面図である。 本発明の第３実施形態に係る半導体光素子１の作製方法を示すフローチャートである。 （ａ）第３実施形態に係る半導体光素子１の作製工程の一部を示す平面図である。（ｂ）（ａ）のXIVｂ−XIVｂ線に沿った側断面図である。 第３実施形態に係る半導体光素子１の作製工程において、半導体基板を劈開して作製された複数の棒状部材を治具Ｓにセットした様子を示す平面図である。 （ａ）第３実施形態に係る半導体光素子１の作製工程の一部を示す平面図である。（ｂ）（ａ）のXVIｂ−XVIｂ線に沿った側断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明による半導体光素子及びその作製方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１の実施の形態）
まず、図１を参照して、第１実施形態に係る半導体光素子１について説明する。本実施形態の半導体光素子１は光導波路２を備えており、この光導波路２の両端には端面２ａ（第１の端面）及び端面２ｂ（第２の端面）が形成されている。半導体光素子１は、例えばＦＰ型、ＤＦＢ型、波長可変型といった各種の半導体レーザ素子や、半導体光増幅器、半導体光変調器などの構成を備えている。本実施形態では特に、半導体光素子１が１．３［μｍ］波長帯または１．５５［μｍ］波長帯のレーザ光Ｌを出力する光通信用のＤＦＢ型半導体レーザ素子である場合について説明する。

図１（ａ）に示すように、半導体光素子１は、半導体基板３と、半導体基板３の主面３ａ上に設けられた半導体層１１とを備えている。半導体層１１は、下部半導体層４と、下部半導体層４上に設けられた光導波路２と、光導波路２上に設けられた上部半導体層５と、半絶縁性領域６ａ及び６ｂとを含む。

半導体基板３は、例えばｎ型ＩｎＰといった第１導電型の半導体から成る。下部半導体層４は、例えば下部クラッド層を含んで構成される。下部クラッド層は、例えばｎ型ＩｎＰといった第１導電型半導体から成る。また、上部半導体層５は、例えば回折格子層、上部クラッド層及びコンタクト層が順に積層されて構成される。回折格子層は、例えばｐ型ＧａＩｎＡｓＰといった第２導電型半導体から成る。上部クラッド層は、例えばｐ型ＩｎＰといった第２導電型半導体から成る。コンタクト層は、例えばｐ型ＧａＩｎＡｓといった第２導電型半導体から成る。

光導波路２は、下部半導体層４及び上部半導体層５よりバンドギャップ波長が長い（すなわちバンドギャップが小さい）半導体層によって構成され、半導体基板３の主面３ａに沿った光導波方向に延在している。光導波路２は、例えば下部光閉じ込め層、活性層、及び上部光閉じ込め層が順に積層されて構成される。一実施例では、下部光閉じ込め層及び上部光閉じ込め層はアンドープＧａＩｎＡｓＰから成り、活性層はＧａＩｎＡｓＰ多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する。活性層の組成は、例えば１．３［μｍ］波長帯または１．５５［μｍ］波長帯の光を発生するように調整される。また、回折格子層と上部クラッド層との界面には、活性層の発光波長に対応した格子ピッチを有する回折格子が形成されている。

上述した構成のうち、光導波路２及び上部半導体層５は、半導体基板３の主面３ａ上において、光導波に適した幅にエッチングされて所定の光導波方向に延びるストライプメサ構造を呈している（図１（ｂ）を参照）。光導波方向と交差する方向におけるストライプメサ構造の横幅は、例えば１．５［μｍ］である。そして、このストライプメサ構造の両側面には、半絶縁性領域６ａ及び６ｂが設けられている。半絶縁性領域６ａ及び６ｂは、半絶縁性（高抵抗）の半導体、例えばＦｅがドープされたＩｎＰから成る。半絶縁性領域６ａ及び６ｂは、半導体基板３の主面３ａのうち光導波路２が設けられた領域を除いた領域上に設けられており、上記ストライプメサ構造の両側面を埋め込んでいる。

上部半導体層５のコンタクト層上には、アノード電極７が設けられている。アノード電極７は、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕによって構成され、コンタクト層との間でオーミック接触を実現する。また、半導体基板３の裏面３ｂ上には、カソード電極８が設けられている。カソード電極８は、例えばＡｕＧｅを含んで構成され、半導体基板３との間でオーミック接触を実現する。アノード電極７及びカソード電極８は、互いに協働して光導波路２に電流を注入する。なお、半導体光素子１の上面のうちアノード電極７を除く領域は、例えばＳｉＯ_２から成る絶縁膜９によって保護されている。

ここで、本実施形態の半導体光素子１における光導波路２の端面２ａ，２ｂ付近の構造について更に説明する。

半導体光素子１は、膜１０ａ及び１０ｂを備えている。膜１０ａは、本実施形態における第１の膜であり、光導波路２の一端に形成された端面２ａ上に設けられている。膜１０ａは、光導波路２の屈折率より小さい屈折率を有する膜材料、例えばＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、及びＡｌ_２Ｏ_３のうち少なくとも一つを含んで構成される。また、膜１０ｂは、本実施形態における第２の膜であり、光導波路２の他端に形成された端面２ｂ上に設けられている。膜１０ｂは、膜１０ａと同様の材料を含んで構成される。

膜１０ａは、半導体光素子１の製造過程において、光導波方向における半導体基板３の一端に形成された劈開面３ｃの形成前、すなわち半導体基板３の劈開前に形成されたものである。このような事情から、膜１０ａが設けられる端面２ａは、その光導波方向における位置が劈開面３ｃと比較して内側寄りとなっており、半導体基板３を劈開する際の劈開ラインと膜１０ａとが互いに重ならないようになっている。同様に、膜１０ｂは、半導体光素子１の製造過程において半導体基板３の劈開前に形成されたものであり、膜１０ｂが設けられる端面２ｂは、その光導波方向における位置が劈開面３ｄと比較して内側寄りとなっている。換言すれば、端面２ａ及び２ｂは、半導体基板３の主面３ａに垂直な方向から見て主面３ａ上に配置されている。光導波方向における端面２ａ，２ｂそれぞれの位置と劈開面３ｃ，３ｄそれぞれの位置との差Ｘ１，Ｘ２は、例えば数［μｍ］〜数十［μｍ］である。

光導波方向における膜１０ａ及び１０ｂの厚さは、光導波路２を導波する光の波長、並びに当該膜の機能に応じて設定されるが、０．５［μｍ］以上２．０［μｍ］以下が好ましい。光の波長が１．５５［μｍ］帯である場合、膜１０ａの厚さは例えば０．５３７５［μｍ］であり、膜１０ｂの厚さは例えば０．８６［μｍ］である。膜１０ａ及び１０ｂはこのように薄いので、光導波方向における膜１０ａ，１０ｂそれぞれの表面の位置は、光導波方向における劈開面３ｃ，３ｄそれぞれの位置より内側となる。なお、光導波方向における膜１０ａ，１０ｂそれぞれの表面の位置と、光導波方向における劈開面３ｃ，３ｄそれぞれの位置との差Ｙ１，Ｙ２は、１０［μｍ］以上３０［μｍ］以下であることが好ましい。

なお、光導波方向と直交する面内での膜１０ａの幅は例えば５０［μｍ］、主面３ａに垂直な方向の高さは例えば２．５［μｍ］である。また、光導波方向と直交する面内での膜１０ｂの幅は例えば５０［μｍ］、高さは例えば２．５［μｍ］である。

また、本実施形態の半導体光素子１は、膜１０ｃを更に備えている。膜１０ｃは、本実施形態における第３の膜であり、光導波路２を含む半導体層１１内に形成され、光導波路２の端面２ｂに沿った面方向に延在している。具体的には、膜１０ｃは、膜１０ｂに対して光導波方向に所定の間隔をあけて形成され、膜１０ｂにおける端面２ｂに接する面と対向するように配置されている。膜１０ｃは光導波路２を横切っており、膜１０ｂと膜１０ｃとの間にも光導波路２が設けられている。膜１０ｃは、膜１０ｂと同様の材料を含んで構成され、その光導波方向の厚さ、並びに光導波方向と直交する面内での幅及び高さは、膜１０ｂと同様である。膜１０ｂと膜１０ｃとの間隔Ｚは、光導波路２を導波する光の波長、並びに当該膜の機能に応じて設定され、光の波長が１．５５［μｍ］帯である場合、間隔Ｚは例えば０．９６［μｍ］である。

図２（ａ）は、端面２ａ上に形成された膜１０ａの波長−反射率特性の理論値を示すグラフである。また、図２（ｂ）は、端面２ｂ上及びその付近に形成された膜１０ｂ及び１０ｃから成る膜構造の波長−反射率特性の理論値を示すグラフである。図２（ａ）に示すように、膜１０ａは、特定の波長（図では１．５５［μｍ］）に近づくほど反射率が低くなる波長−反射率特性を有しており、端面２ａにおける光の反射を抑えるＡＲ（Anti Reflection）膜として機能する。一方、図２（ｂ）に示すように、膜１０ｂ及び１０ｃから成る膜構造は、広い波長範囲にわたって反射率が高い波長−反射率特性を有しており、端面２ｂにおいて高い反射率を有するＨＲ（High Reflection）膜として機能する。これらの膜１０ａ〜１０ｃの作用によって、光反射端面および光出射端面を有する光共振器が好適に実現され、端面２ａ及び膜１０ａを通過してレーザ光Ｌが出力される。

以上の構成を備える半導体光素子１においては、光導波路２の端面２ａ上の膜１０ａ、及び端面２ｂ上の膜１０ｂが半導体基板３の劈開前に形成されている。すなわち、これらの膜１０ａ及び１０ｂは、後述する第２及び第３の実施の形態において詳細に説明するように、半導体基板３上に光導波路２を含む半導体層１１が成長されたのち、その半導体基板３が所定の切断予定線に沿って棒状に劈開される前の段階において、光導波路２の端面２ａ及び２ｂ上に形成されたものである。本実施形態の半導体光素子１によれば、このような膜１０ａ，１０ｂを備えることによって、半導体基板３を棒状に劈開する際に光導波路２の端面２ａ，２ｂを適切に保護することができるので、端面２ａ，２ｂの損傷を効果的に低減することができる。

また、本実施形態のように、光導波方向における膜１０ａ，１０ｂの表面の位置は、光導波方向における半導体基板３の劈開面３ｃ，３ｄの位置より内側であることが好ましい。一般的な半導体光素子では、光導波路２の端面２ａ，２ｂが半導体基板３の劈開によって同時に形成されるので、端面２ａ，２ｂ上の膜１０ａ，１０ｂの表面は劈開面３ｃ，３ｄの外側に位置することとなる。これに対し、光導波路２の端面２ａ，２ｂ上の膜１０ａ，１０ｂが半導体基板３の劈開前に形成された場合には、光導波方向における膜１０ａ，１０ｂの表面は、必然的に光導波方向における半導体基板３の劈開面３ｃ，３ｄより内側に位置することとなる。すなわち、このような構成を備える半導体光素子１は、上述した効果を好適に奏することができるものとなる。

また、上述したように、膜１０ａ〜１０ｃの厚さは０．５［μｍ］以上２．０［μｍ］以下であることが好ましい。膜１０ａ〜１０ｃの厚さが０．５［μｍ］以上であることにより、半導体基板３の劈開前においても、例えば溝に膜材料を埋め込む等の方法によって、上記膜１０ａ〜１０ｃを好適に形成できる。また、膜１０ａ〜１０ｃの厚さが２．０［μｍ］以下であることにより、膜１０ａ〜１０ｃを通過する光の損失を抑えることができる。

また、上述したように、光導波方向における膜１０ａ，１０ｂの表面の位置と、光導波方向における半導体基板３の劈開面３ｃ，３ｄの位置との差Ｙ１，Ｙ２は、１０［μｍ］以上３０［μｍ］以下であることが好ましい。この差Ｙ１，Ｙ２を１０［μｍ］以上とすることにより、半導体基板３を劈開する際の寸法誤差を十分に吸収することができる。また、この差Ｙ１，Ｙ２を３０［μｍ］以下とすることにより、光ファイバといった他の光導波手段と当該半導体光素子１との結合効率を十分に確保できる。

（第２の実施の形態）
次に、上述した半導体光素子１の作製方法に係る第２実施形態について説明する。図３は、本実施形態に係る半導体光素子１の作製方法を示すフローチャートである。また、図４〜図１２は、本実施形態に係る半導体光素子１の作製工程を順に示す図である。

まず、ｎ型ＩｎＰといった第１導電型半導体から成る半導体基板としてのウェハ３０を準備する。そして、ウェハ３０の切断予定線と交差しウェハ３０の主面３０ａに沿う光導波方向に延びる光導波路を、ウェハ３０上に形成する。具体的には、まず、図４（ａ）に示すように、ウェハ３０の主面３０ａ上に、ｎ型ＩｎＰといった第１導電型半導体から成る下部クラッド層４１と、下部クラッド層４１よりバンドギャップが小さい半導体、例えばアンドープＧａＩｎＡｓＰから成る下部光閉じ込め層２１と、ＧａＩｎＡｓＰ多重量子井戸構造を有する活性層２２と、下部光閉じ込め層２１と同様の半導体材料から成る上部光閉じ込め層２３と、ｐ型ＧａＩｎＡｓＰといった第２導電型半導体から成る回折格子層２４とを、ＭＯＶＰＥ法により順にエピタキシャル成長させる（図３の工程Ｓ１０）。

続いて、図４（ｂ）に示すように、所定の格子ピッチを有する回折格子２４ａを回折格子層２４の表面に形成する。このとき、例えば回折格子層２４の表面において回折格子２４ａとなる部分を電子ビーム露光にて描画したのち、回折格子層２４をドライエッチングにより加工し、回折格子２４ａを形成するとよい（図３の工程Ｓ１１）。その後、図５（ａ）に示すように、回折格子層２４上に、ｐ型ＩｎＰといった第２導電型半導体から成る上部クラッド層５１と、ｐ型ＧａＩｎＡｓといった第２導電型半導体から成るコンタクト層５２とを、ＭＯＶＰＥ法により順にエピタキシャル成長させる（図３の工程Ｓ１２）。なお、図５（ａ）は、作成途中の半導体光素子１の光導波方向に沿った断面を示している。

続いて、図５（ｂ）に示すように、光導波路となる部分を除くウェハ３０の主面３０ａ上の積層構造に対して下部クラッド層４１の途中までドライエッチングを施すことにより、ストライプメサ構造１２を形成する。これにより、図１（ａ）に示した光導波路２、下部半導体層４、及び上部半導体層５が完成する。その後、図６に示すように、露出した下部クラッド層４１上にＦｅドープＩｎＰといった高抵抗の半導体をＭＯＶＰＥにより成長させることによって、半絶縁性領域６ａ及び６ｂを形成し、ストライプメサ構造１２を両側面から埋め込む（図３の工程Ｓ１３）。これにより、図１（ａ）に示した半導体層１１が完成する。なお、図５（ｂ）及び図６は、作成途中の半導体光素子１の光導波方向に垂直な断面を示している。

続いて、コンタクト層５２並びに半絶縁性領域６ａ及び６ｂ上に例えばＳｉＯ_２膜をＣＶＤ法により堆積したのち、レジストマスクを介してこのＳｉＯ_２膜にエッチングを施し、このエッチング後のＳｉＯ_２膜をマスクとして半導体層１１にエッチングを施すことにより、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、溝１１ａ〜１１ｃを形成する（図３の工程Ｓ１４）。

溝１１ａ及び１１ｂは、本実施形態における第１の溝である。溝１１ａ及び１１ｂは、光導波路２と交差するように形成される。すなわち、溝１１ａ及び１１ｂは、その平面形状が光導波方向と交差する方向に延びており、その深さは下部半導体層４まで達している。溝１１ａは、後の工程においてウェハ３０が棒状に切断される際の一方の切断予定線の近傍、より具体的には一方の切断予定線より所定距離（図１に示した距離Ｙ１）だけ内側に形成される。また、溝１１ｂは、他方の切断予定線の近傍、より具体的には他方の切断予定線より所定距離（図１に示した距離Ｙ２）だけ内側に形成される。これにより、溝１１ａ及び１１ｂの側面に光導波路２の一端及び他端が現れ、光導波路２の一方の端面２ａ及び他方の端面２ｂが形成される。なお、溝１１ａ及び１１ｂの光導波方向の幅、光導波方向と直交する方向の幅及び深さは、図１に示した膜１０ａ，１０ｂの寸法に基づいて決定される。

また、溝１１ｃは、光導波路２の端面２ｂに沿った面方向に延在するように、且つ光導波路２と交差するように形成される。具体的には、溝１１ｃは光導波方向における溝１１ｂの内側に並んで形成され、その平面形状が光導波方向と交差する方向に延びており、その深さは下部半導体層４まで達している。溝１１ｃは、溝１１ｂに対して所定の間隔（図１に示した間隔Ｚ）をあけて形成される。溝１１ｃの光導波方向の幅、光導波方向と直交する方向の幅及び深さは、図１に示した膜１０ｃの寸法に基づいて決定される。

続いて、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、光導波路２の屈折率より小さい屈折率を有する膜材料、例えばＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、及びＡｌ_２Ｏ_３のうち少なくとも一つの材料を堆積させて、溝１１ａ〜１１ｃを埋め込む（図３の工程Ｓ１４）。これにより、光導波路２の端面２ａ，２ｂを覆う膜１０ａ，１０ｂ、及び光導波路２を横切る膜１０ｃが形成される。なお、このとき、半導体層１１上における溝１１ａ〜１１ｃ以外の領域にも当該膜材料を堆積し、絶縁膜９を併せて形成するとよい。

続いて、図９に示すように、半導体層１１上の絶縁膜９の一部をエッチングにより除去し、上部半導体層５（コンタクト層５２）上にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕをリフトオフ法を用いて蒸着することにより、アノード電極７を形成する（図３の工程Ｓ１５）。また、ウェハ３０の裏面側を研磨して厚さ約１００［μｍ］程度までウェハ３０を薄化したのち、ウェハ３０の裏面３０ｂ上にカソード電極８を蒸着する（図３の工程Ｓ１６）。

続いて、図１０に示すように、ウェハ３０上の全面にレジストマスク６０を形成する。ここで、レジストマスク６０はウェハ３０の切断予定線Ａ上の領域に開口６０ａを有している。この開口６０ａの切断予定線Ａと直交する方向の幅は、切断予定線Ａと膜１０ａ，１０ｂとの間隔（図１のＹ１，Ｙ２）の和に基づいて決定され、Ｙ１，Ｙ２が共に１０［μｍ］である場合、この幅は例えば２０［μｍ］以下に設定される。なお、後述する半導体層１１に対するエッチングの際の横方向のエッチング特性を考慮し、この幅はＹ１とＹ２との和よりも小さく設定されることが好ましい。また、ウェハ３０の裏面３０ｂは、その全面が保護されるようにワックス等を用いて基材（不図示）に貼り付けられるとよい。

続いて、図１１に示すように、レジストマスク６０を介して絶縁膜９及び半導体層１１にエッチングを施すことにより、ウェハ３０の切断予定線Ａに沿った溝１３を形成する（図３の工程Ｓ１７）。溝１３は、本実施形態における第２の溝である。このとき、溝１３を下部半導体層４に達するように形成して、溝１３の側面に膜１０ａ及び１０ｂの片側の表面を露出させる。このエッチングは、例えばＣｌ_２系ガスを使用したドライエッチング、又はウェットエッチングにより行うとよい。このエッチングの後、レジストマスク６０を除去する。

続いて、ウェハ３０を切断予定線Ａに沿って劈開することにより複数の棒状部材（バー）３１に分割する（図３の工程Ｓ１８）。各棒状部材３１には、切断予定線Ａと交差する方向に数本ないし数十本の光導波路２が並んで含まれている。これにより、劈開面３ｃ，３ｄが形成される。その後、光導波方向に沿った切断予定線Ｂに沿って各棒状部材３１を切断することにより、各棒状部材３１をチップ状に分割する（図３の工程Ｓ１９）。そして、各チップをチップキャリア上に実装し、アノード電極７にワイヤボンディングを施す。こうして、半導体光素子１が完成する。

以上に説明した半導体光素子１の作製方法においては、光導波路２をウェハ３０上に形成した後、ウェハ３０を劈開する前に、光導波路２と交差する溝１１ａ及び１１ｂを形成し、この溝１１ａ及び１１ｂに膜材料を堆積させることによって、光導波路２の端面２ａ，２ｂ上に膜１０ａ，１０ｂを形成している。したがって、光導波路２の端面２ａ，２ｂが膜１０ａ，１０ｂにより保護された状態となる。その後、切断予定線Ａに沿って溝１３を形成することにより膜１０ａ，１０ｂの表面を露出させ、切断予定線Ａに沿ってウェハ３０を劈開している。このような本実施形態の作製方法によれば、劈開工程（工程Ｓ１８）およびその後の工程における光導波路２の端面２ａ，２ｂの損傷を効果的に低減することができる。

また、上記した作製方法において、光導波方向における溝１１ａ〜１１ｃの幅は、０．５［μｍ］以上であることが好ましい。本実施形態では、溝１１ａ〜１１ｃとして少なくとも下部半導体層４に達するように深さ約２［μｍ］〜３［μｍ］の溝を形成する必要があるので、このような深さの溝に膜材料を埋め込む為には、溝１１ａ〜１１ｃが０．５［μｍ］以上といった或る程度の幅を有することが好ましいからである。

また、光導波方向における溝１１ａ〜１１ｃの幅は、２．０［μｍ］以下であることが好ましい。溝１１ａ〜１１ｃに埋め込まれて形成される膜１０ａ〜１０ｃを通過する光の損失を抑えることができるからである。

また、上記した作製方法において、溝１１ａ，１１ｂと切断予定線Ａとの距離は、１０［μｍ］以上３０［μｍ］以下であることが好ましい。この距離を１０［μｍ］以上とすることにより、ウェハ３０を劈開する際の寸法誤差を十分に吸収することができる。また、この距離を３０［μｍ］以下とすることにより、溝１１ａ，１１ｂに埋め込まれて形成される膜１０ａ，１０ｂ（特に、膜１０ａ）と、光ファイバといった他の光導波手段との結合効率を十分に確保できる。

また、前述したように、溝１１ａ〜１１ｃは、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、及びＡｌ_２Ｏ_３のうち少なくとも一つの膜材料によって埋め込まれることが好ましい。これらの材料は半導体より屈折率が小さいので、光導波路２の屈折率より小さい屈折率を有する膜１０ａ〜１０ｃを好適に形成できる。また、これらの材料は、半導体プロセスを使用して作製することができ、溝への埋め込みが容易であり、エッチングにより溝１３を形成する際に半導体層１１に対してエッチング選択性を確保できる。

（第３の実施の形態）
次に、半導体光素子１の別の作製方法に係る第３実施形態について説明する。図１３は、本実施形態に係る半導体光素子１の作製方法を示すフローチャートである。また、図１４〜図１６は、本実施形態に係る半導体光素子１の作製工程を順に示す図である。なお、本実施形態の作製方法では、ウェハ３０の裏面３０ｂにカソード電極８を形成するまでの各工程（工程Ｓ１〜Ｓ１６）は既述した第２実施形態と同様なので、これらの工程に関する説明を省略する。

本実施形態の作製方法では、カソード電極８を形成したのち（工程Ｓ１６）、図１４に示すように、ウェハ３０を切断予定線Ａに沿って劈開することにより複数の棒状部材３２に分割する（図１３の工程Ｓ２０）。各棒状部材３２には、切断予定線Ａと交差する方向に数本ないし数十本の光導波路２が並んで含まれている。これにより、劈開面３ｃ，３ｄが形成される。

続いて、図１５に示すように、複数の棒状部材３２を、劈開面３ｃ及び３ｄのうち一方が上になるように治具Ｓにて整列させる。そして、ウェハ３０の劈開により劈開面３ｃ又は３ｄと共に形成された、半導体層１１の端面にエッチングを施すことにより、膜１０ａ及び１０ｂのうち一方の膜の片側の表面を露出させる。その後、治具Ｓにおいて複数の棒状部材３２を反転させ、反対側の半導体層１１の端面にもエッチングを施すことにより、膜１０ａ及び１０ｂのうち他方の膜の片側の表面を露出させる（図１３の工程Ｓ２１）。このとき、エッチング方法としては、Ｃｌ_２ガス系のドライエッチングや、ウェットエッチングが好適である。また、治具Ｓの材質には、半導体層１１をエッチングするためのガス種や薬液に対して耐性があるものを選択するとよい。以上の工程により、図１６に示すように、第２実施形態の工程Ｓ１８（図１２を参照）において形成されたものと同様の形態を備える棒状部材３１が得られる。

その後、光導波方向に沿った切断予定線Ｂに沿って各棒状部材３１を切断することにより、各棒状部材３１をチップ状に分割する（図１３の工程Ｓ２２）。そして、各チップをチップキャリア上に実装し、アノード電極７にワイヤボンディングを施す。こうして、半導体光素子１が完成する。

以上に説明した半導体光素子１の作製方法においても、光導波路２をウェハ３０上に形成した後、ウェハ３０を劈開する前に、光導波路２と交差する溝１１ａ及び１１ｂを形成し、この溝１１ａ及び１１ｂに膜材料を堆積させることによって、光導波路２の端面２ａ，２ｂ上に膜１０ａ，１０ｂを形成している。したがって、光導波路２の端面２ａ，２ｂが膜１０ａ，１０ｂにより保護された状態となる。その後、切断予定線Ａに沿ってウェハ３０を劈開し、半導体層１１の端面にエッチングを施すことにより膜１０ａ，１０ｂの片側の表面を露出させている。このような本実施形態の作製方法によれば、劈開工程（工程Ｓ２０）およびその後の工程における光導波路２の端面２ａ，２ｂの損傷を効果的に低減することができる。

なお、上記した作製方法において、光導波方向における溝１１ａ〜１１ｃの幅が０．５［μｍ］以上２．０［μｍ］以下であることが好ましいこと、溝１１ａ，１１ｂと切断予定線Ａとの距離が１０［μｍ］以上３０［μｍ］以下であることが好ましいこと、溝１１ａ〜１１ｃがＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、及びＡｌ_２Ｏ_３のうち少なくとも一つの膜材料によって埋め込まれることが好ましいことは、既述した第２実施形態と同様である。

本発明による半導体光素子及びその作製方法は、上記した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記各実施形態では半導体基板や半導体層としてＩｎＰ系のものを例示しているが、本発明においては、他の系統の半導体が用いられてもよい。

また、上記各実施形態では半導体光素子の一例としてＤＦＢ型半導体レーザ素子を示したが、本発明は、一対の端面を有する光導波路を備える半導体光素子に適用され、例えばファブリ・ペロー（ＦＰ）型、波長可変型といった各種の半導体レーザ素子や、半導体光増幅器、半導体光変調器などにおいても本発明の作用効果を奏することができる。

１…半導体光素子、２…光導波路、２ａ，２ｂ…端面、３…半導体基板、３ｃ，３ｄ…劈開面、４…下部半導体層、５…上部半導体層、６ａ，６ｂ…半絶縁性領域、７…アノード電極、８…カソード電極、９…絶縁膜、１０ａ〜１０ｃ…膜、１１…半導体層、１１ａ〜１１ｃ…（第１の）溝、１２…ストライプメサ構造、１３…（第２の）溝、３０…ウェハ、３１，３２…棒状部材、６０…レジストマスク、Ａ，Ｂ…切断予定線、Ｌ…レーザ光、Ｓ…治具。

Claims (11)

1. 半導体基板上に設けられ、該半導体基板の主面に沿った光導波方向に延びる光導波路と、
   前記光導波路の一端に形成された端面と、
   前記光導波方向における前記半導体基板の一端に形成された劈開面と、
   前記光導波路の前記端面上に設けられ、前記光導波路の屈折率より小さい屈折率を有する膜と
   を備え、
   前記半導体基板の劈開前に前記膜が形成されたことを特徴とする、半導体光素子。
2. 前記光導波方向における前記膜の表面の位置が、前記光導波方向における前記半導体基板の前記劈開面の位置より内側であることを特徴とする、請求項１に記載の半導体光素子。
3. 前記膜が、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、及びＡｌ_２Ｏ_３のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の半導体光素子。
4. 前記膜の厚さが０．５［μｍ］以上２．０［μｍ］以下であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体光素子。
5. 前記光導波方向における前記膜の表面の位置と、前記光導波方向における前記半導体基板の前記劈開面の位置との差が１０［μｍ］以上３０［μｍ］以下であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体光素子。
6. 前記光導波路を含む半導体層内に形成され、前記光導波路の前記端面に沿った面方向に延在する別の膜を更に備えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体光素子。
7. 半導体基板上に設けられ、該半導体基板の主面に沿った光導波方向に延びる光導波路と、
   前記光導波路の一端に形成された第１の端面、および前記光導波路の他端に形成された第２の端面と、
   前記光導波方向における前記半導体基板の両端部に形成された劈開面と、
   前記第１及び第２の端面上にそれぞれ設けられ、前記光導波路の屈折率より小さい屈折率を有する第１及び第２の膜と
   を備え、
   前記半導体基板の劈開前に前記第１及び第２の膜が形成されたことを特徴とする、半導体光素子。
8. 前記光導波方向における前記第１及び第２の膜の表面の位置が、前記光導波方向における前記半導体基板の前記劈開面の位置より内側であることを特徴とする、請求項７に記載の半導体光素子。
9. 前記光導波路を含む半導体層内に形成され、前記第１及び第２の端面のうち一方の端面に沿った面方向に延在する第３の膜を更に備えることを特徴とする、請求項７または８に記載の半導体光素子。
10. 半導体基板の切断予定線と交差し該半導体基板の主面に沿う光導波方向に延びる光導波路を該半導体基板上に形成する工程と、
    前記光導波路と交差する第１の溝を、前記光導波路を含む半導体層の前記切断予定線より内側に形成することにより、前記光導波路の端面を形成する工程と、
    前記光導波路の屈折率より小さい屈折率を有する膜材料を前記第１の溝に堆積させることにより、前記端面上に膜を形成する工程と、
    切断予定線に沿って第２の溝を形成するとともに、前記第２の溝の側面に前記膜の表面を露出させる工程と、
    前記切断予定線に沿って前記半導体基板を劈開する工程と
    を備えることを特徴とする、半導体光素子の作製方法。
11. 半導体基板の切断予定線と交差し該半導体基板の主面に沿う光導波方向に延びる光導波路を該半導体基板上に形成する工程と、
    前記光導波路と交差する第１の溝を、前記光導波路を含む半導体層の前記切断予定線より内側に形成することにより、前記光導波路の端面を形成する工程と、
    前記光導波路の屈折率より小さい屈折率を有する膜材料を前記第１の溝に堆積させることにより、前記端面上に膜を形成する工程と、
    前記切断予定線に沿って前記半導体基板を劈開する工程と、
    前記半導体基板の劈開により形成された、前記光導波路を含む半導体層の端面にエッチングを施すことにより、前記膜の表面を露出させる工程と
    を備えることを特徴とする、半導体光素子の作製方法。
    

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