JP2011091163A - 半導体集積素子 - Google Patents

Abstract

【課題】テーパー領域を用いずに、導波光の接続損失を抑制することが可能な半導体集積素子を提供すること。
【解決手段】第一半導体光素子Ｓ１及び第二半導体光素子Ｓ２を含み、第一半導体光素子Ｓ１は、所定の軸方向に延びる第一メサ部Ｍ１と、埋め込み層６と、第一メサ部Ｍ１と埋め込み層６との間に設けられた第一調整層Ａ１とを備え、第一メサ部Ｍ１は第一コア層１０を含み、第一調整層Ａ１は第一コア層１０に接して第一半導体光素子Ｓ１の一端から他端まで所定の軸方向に延在し、第一調整層Ａ１の屈折率は第一コア層１０の屈折率より低く埋め込み層６の屈折率より高い。第二半導体光素子Ｓ２は、所定の軸方向に延びる第二メサ部Ｍ２を備え、第二メサ部Ｍ２は第二コア層２０を含み、第一メサ部Ｍ１の幅は第二メサ部Ｍ２の幅と異なり、第一コア層１０は第二コア層２０にバットジョイント法により接続されている半導体集積素子１。
【選択図】図２

Description

本発明は、光通信、光記録、光計測等に使用される半導体集積素子に関するものである。

近年、半導体レーザーダイオードなどの光源、光変調器、光増幅器、合分波器などの異種類の半導体光素子をバットジョイント法により接続し、１枚の半導体基板上に集積する半導体集積素子の開発が進んでいる。例えば、特許文献１には、メサ構造のゲイン領域及びリング共振器をバットジョイント法により接続した半導体波長可変レーザーが記載されている。

特開２００８−６６３１８号公報

異種類の半導体光素子では、光導波路を構成する第二クラッド層、コア層、及び第一クラッド層などの材料の違いに起因して、導波光のビーム形状が異なる。故に、異種類の半導体光素子の光導波路をバットジョイント法により接続すると、接続境界で導波光が乱反射する。従って、導波光の接続損失が生じる。

特許文献１において、バットジョイント法により接続された一方の半導体光素子のメサ幅は、他方の半導体光素子のメサ幅と同じである。この一方の半導体光素子のメサは、半絶縁性材料とポリイミドに埋め込まれている。対して、この他方の半導体光素子のメサは、ポリイミドに埋め込まれている。故に、この一方の半導体光素子における伝播光のモード形状は、この他方の半導体光素子における伝播光のモード形状と異なる。接続損失を低減するために、特許文献１では、メサ構造のゲイン領域及びリング共振器の間に、テーパー領域を設けている。テーパー領域により、一方の半導体光素子のモード形状を他方の半導体光素子のモード形状に徐々に連続的に近づけている。しかしながら、テーパー領域を付加することによって素子長が増加する。故に、半導体集積素子の小型化、低コスト化が困難である。

そこで、本発明は、テーパー領域を用いずに、導波光の接続損失を抑制することが可能な半導体集積素子を提供することを課題とする。

本発明の半導体集積素子は、所定の軸方向に配列された第一半導体光素子及び第二半導体光素子を含み、第一及び第二エリアを含む主面を有する半導体基板を備え、第一及び第二エリアは、所定の軸方向に隣接して配列されている。第一半導体光素子は、所定の軸方向に延びる第一メサ部と、第一メサ部を埋め込む埋め込み層と、第一メサ部と埋め込み層との間に設けられた第一調整層と、を備える。第一メサ部は、第一エリア上に設けられた第一クラッド層の第一領域と、第一クラッド層の第一領域上に設けられた第一コア層と、第一コア層上に設けられた第二クラッド層の第一領域と、を含む。第一調整層は、第一半導体光素子の一端から他端まで所定の軸方向に第一コア層の側面に接して延在し、第一調整層の屈折率は、第一コア層の屈折率より低く、埋め込み層の屈折率より高い。第二半導体光素子は、所定の軸方向に延びる第二メサ部を備える。第二メサ部は、第二エリア上に設けられた第一クラッド層の第二領域と、第一クラッド層の第二領域上に設けられた第二コア層と、第二コア層上に設けられた第二クラッド層の第二領域と、を含む。第一メサ部の幅は第二メサ部の幅と異なる。第一コア層は、第二コア層にバットジョイント法により接続されている。第一クラッド層、第一コア層、第二コア層、及び第二クラッド層は半導体材料からなり、埋め込み層は絶縁性材料からなる。

本発明の半導体光集積素子において、第一半導体光素子では、第一クラッド層の第一領域、第一コア層、及び第二クラッド層の第一領域を含む第一光導波路構造に光が伝播する。第二半導体光素子では、第一クラッド層の第二領域、第二コア層、及び第二クラッド層の第二領域を含む第二光導波路構造に光が伝播する。以下では、半導体基板の主面の法線方向と所定の軸方向とに直交する方向を第一方向といい、半導体基板の主面の法線方向を第二方向という。本発明の半導体光集積素子では、第一メサ部の幅は第二メサ部の幅と異なる。第一調整層は、第一コア層の屈折率と埋め込み層の屈折率との間の屈折率を有する。この第一調整層が、第一コア層の側面に接して、第一半導体光素子の一端から他端まで所定の軸方向に延在している。第一コア層の側面に第一調整層を付加することにより、第一方向における第一コア層内の導波光の閉じ込めが弱まる。この光閉じ込めの低下により、第一光導波路構造の導波光のビームの幅は、第一方向に広がる一方、第二方向では、第一光導波路構造の導波光のビームの幅は狭まる。つまり、第一光導波路構造におけるビームの第一方向と第二方向とのビーム幅の比を調整することができる。故に、第一半導体光素子における導波光のビーム形状と、第二半導体光素子における導波光のビーム形状との違いを縮小できるので、テーパー領域を用いずとも、第一半導体光素子と第二半導体光素子との間において、良好な光結合を得られる。

本発明の半導体集積素子において、第一調整層は、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、及びａ−Ｓｉのうちのいずれかの材料から構成されていることが好ましい。当該材料は、半導体基板上に形成することが可能である。当該材料は、第一コア層の屈折率と、埋め込み層を構成しうる材料の屈折率との間の屈折率を有する。従って、当該材料を用いた第一調整層は、第一半導体光素子における導波光のビーム形状と第二半導体光素子における導波光のビーム形状との違いを縮小する層として、好適である。

本発明の半導体集積素子において、第一調整層は、ＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、及びＡｌＩｎＡｓのうちのいずれかの半導体材料から構成されていることが好ましい。これらの半導体材料は、半導体基板上に形成することが可能である。また、これらの半導体材料は、第一コア層と埋め込み層との間の屈折率を有することができる。従って、これらの半導体材料を用いた第一調整層は、第一半導体光素子における導波光のビーム形状と第二半導体光素子における導波光のビーム形状との違いを縮小する層として、好適である。

本発明の半導体集積素子において、絶縁性材料は、ポリイミドまたはＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）であることが好ましい。ポリイミドまたはＢＣＢは、高抵抗性を有する。また、ポリイミドまたはＢＣＢは、電流をブロックする機能を有する。故に、ポリイミドまたはＢＣＢは、埋め込み層を構成する材料として好適である。

本発明の半導体集積素子において、第二半導体光素子は第二調整層を更に有し、第二メサ部は埋め込み層に埋め込まれ、第二調整層は第二メサ部と埋め込み層との間に設けられ、第二調整層は、第二半導体光素子の一端から他端まで所定の軸方向に第二コア層の側面に接して延在し、第二調整層の屈折率は、第二コア層の屈折率より低く、埋め込み層の屈折率より高いことが好ましい。

この半導体集積素子では、第二調整層が、第二コア層の側面に接して、第二半導体光素子の一端から他端まで所定の軸方向に延在している。この第二調整層は、第二コア層と埋め込み層との間の屈折率を有する。第二コア層の隣に第二調整層を付加することにより、第二光導波路構造における第一方向と第二方向とのビームの幅の比を調整することができる。故に、第一調整層のみならず第二調整層を用いることにより、第一半導体光素子における導波光のビーム形状と第二半導体光素子における導波光のビーム形状との違いを縮小できる。従って、ビーム形状の違いを縮小するための設計の自由度が増す。

本発明の半導体集積素子において、第一半導体光素子は、第一調整層及び埋め込み層に挟まれた第三調整層を更に有し、第三調整層の屈折率は、第一調整層の屈折率より低く、埋め込み層の屈折率より高いことが好ましい。

この半導体集積素子によれば、第三調整層が第一調整層及び埋め込み層に挟まれている。故に、第一半導体光素子における導波光のビーム形状と第二半導体光素子における導波光のビーム形状との違いを縮小するために、第三調整層をも用いることができる。従って、ビーム形状の違いを縮小するための設計の自由度がさらに増す。

本発明の半導体集積素子において、第二半導体光素子は、第二調整層及び埋め込み層に挟まれた第四調整層を更に有し、第四調整層の屈折率は、第二調整層の屈折率より低く、埋め込み層の屈折率より高いことが好ましい。

この半導体集積素子によれば、第四調整層が、第二調整層及び埋め込み層に挟まれている。故に、第一半導体光素子における導波光のビーム形状と第二半導体光素子における導波光のビーム形状との違いを縮小するために、第四調整層をも用いることができる。従って、ビーム形状の違いを縮小するための設計の自由度がさらに増す。

本発明の半導体集積素子において、第一半導体光素子及び第二半導体光素子の一方が、発光素子であることが好ましい。この半導体集積素子によれば、第一調整層が設けられていることにより、第一半導体光素子及び第二半導体光素子の接続境界での導波光の乱反射と、この導波光の乱反射による接続損失を抑制できる。従って、導波光のビーム形状の悪化、及び出射光の出力低下といった、素子特性の劣化を抑制できる。

本発明の半導体集積素子において、第一半導体光素子及び第二半導体光素子の他方が、電界吸収型光変調器であることが好ましい。この半導体集積素子によれば、電界吸収型光変調器と、第一半導体光素子または第二半導体光素子との接続境界での導波光の乱反射と、この導波光の乱反射による接続損失を抑制できる。

本発明によれば、テーパー領域を用いずに、導波光の接続損失を抑制することが可能な半導体集積素子を提供することができる。

図１は、第一実施形態に係る半導体集積素子を概略的に示す断面図である。 図２（ａ）は、図１のIIＡ−IIＡ線に沿った断面図である。図２（ｂ）は、図１のIIＢ−IIＢ線に沿った断面図である。 図３は、図１のIII−III線に沿った断面図である。 図４（ａ）〜（ｃ）は、導波光のビームの強度分布の一例を示す図面である。 図５（ａ）は、図４（ａ）に示す第一半導体光素子Ｓ０を示す模式図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す第一半導体光素子Ｓ０の実効屈折率の計算の一例を示す説明図である。 図６（ａ）は、図４（ｂ）に示す第二半導体光素子Ｓ２を示す模式図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す第二半導体光素子Ｓ２の実効屈折率の計算の一例を示す説明図である。 図７（ａ）は、図４（ｃ）に示す第一半導体光素子Ｓ１を示す模式図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す第一半導体光素子Ｓ１の実効屈折率の計算の一例を示す説明図である。 図８（ａ）〜（ｇ）は、第一実施形態に係る半導体集積素子の製造方法の一例を示す模式図である。 図９（ａ）〜（ｆ）は、第一実施形態に係る半導体集積素子の製造方法の一例を示す模式図である。 図１０（ａ）〜（ｆ）は、第一実施形態に係る半導体集積素子の製造方法の一例を示す模式図である。 図１１は、図２の変形例を示す断面図である。 図１２は、図３の変形例を示す断面図である。 図１３（ａ）〜（ｄ）は、導波光のビームの強度分布の一例を示す図面である。 図１４は、図２の変形例を示す断面図である。 図１５は、図３の変形例を示す断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施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す。全ての図には、ＸＹＺ直交座標系Ｓが示されている。

（第一実施形態）
図１は、半導体集積素子１を概略的に示す断面図である。図２（ａ）は、図１のIIＡ−IIＡ線に沿った断面図である。図２（ｂ）は、図１のIIＢ−IIＢ線に沿った断面図である。図３は、図１のIII−III線に沿った断面図である。以下では必要に応じて、半導体基板ＳＢの主面ａ１の法線方向と所定の軸Ａｘ方向とに直交する方向を第一方向といい、半導体基板ＳＢの法線方向を第二方向という。本実施形態では全ての図において、第一方向とはＸ軸方向であり、第二方向とはＺ軸方向である。

図１に示すように、半導体集積素子１は、所定の軸Ａｘ方向に配列された第一半導体光素子Ｓ１及び第二半導体光素子Ｓ２を含む。第一半導体光素子Ｓ１は、例えば分布帰還型(ＤＦＢ)レーザーダイオードなどの発光素子である。第二半導体光素子Ｓ２は、例えば電界吸収型光変調器（ＥＡ）である。第一半導体光素子Ｓ１及び第二半導体光素子Ｓ２は、接続境界Kにおいて、バットジョイント法により接続されている。

第一半導体光素子Ｓ１は一端５１及び他端５２を有する。第二半導体光素子Ｓ２は一端５３及び他端５４を有する。第一半導体光素子Ｓ１の他端５２は、第二半導体光素子Ｓ２の一端５３と一致する。接続境界Ｋは、第一半導体光素子Ｓ１の他端５２と、第二半導体光素子Ｓ２の一端５３とに一致する。

半導体集積素子１は、半導体基板ＳＢを備える。半導体基板ＳＢの主面ａ１は、所定の軸Ａｘ方向に隣接して配列されている第一エリア６１及び第二エリア６２を有する。所定の軸Ａｘは、Ｙ軸に平行な方向に向く。半導体基板ＳＢの主面ａ１は、ＸＹ面と平行に延在する。半導体基板ＳＢは、主面ａ１と対向する裏面ａ２を含む。

図２に示すように、第一半導体光素子Ｓ１は、第一メサ部Ｍ１と、埋め込み層６の第一領域９１と、第一調整層Ａ１と、を備える。第一メサ部Ｍ１は、埋め込み層６の第一領域９１に埋め込まれている。第二半導体光素子Ｓ２は、第二メサ部Ｍ２と、埋め込み層６の第二領域９２と、を備える。第二メサ部Ｍ２は、埋め込み層６の第二領域９２に埋め込まれている。本実施形態では、第二半導体光素子Ｓ２には調整層が設けられていない。第一メサ部Ｍ１及び第二メサ部Ｍ２は、所定の軸Ａｘ方向に延びている。第一メサ部Ｍ１の幅ＷＯ１は、第二メサ部Ｍ２の幅ＷＯ２と異なる。

第一メサ部Ｍ１は、第一クラッド層Ｃ１の第一領域７１と、第一コア層１０と、第二クラッド層Ｃ２の第一領域８１と、を含む。第一クラッド層Ｃ１の第一領域７１は、半導体基板ＳＢの主面ａ１の第一エリア６１上に設けられている。第一コア層１０は、第一クラッド層Ｃ１の第一領域７１上に設けられている。第二クラッド層Ｃ２の第一領域８１は、第一コア層１０上に設けられている。第二メサ部Ｍ２は、第一クラッド層Ｃ１の第二領域７２と、第二コア層２０と、第二クラッド層Ｃ２の第二領域８２と、を含む。第一クラッド層Ｃ１の第二領域７２は、半導体基板ＳＢの主面ａ１の第二エリア６２上に設けられている。第二コア層２０は、第一クラッド層Ｃ１の第二領域７２上に設けられている。第二クラッド層Ｃ２の第二領域８２は、第二コア層２０上に設けられている。

第一調整層Ａ１は、第一メサ部Ｍ１と埋め込み層６の第一領域９１との間に設けられている。第一メサ部Ｍ１は、埋め込み層６の第一領域９１に埋め込まれている。第二メサ部Ｍ２は、埋め込み層６の第二領域９２に埋め込まれている。第一調整層Ａ１は、第一コア層１０の側面１０ａに接して、第一半導体光素子Ｓ１の一端５１から他端５２まで所定の軸Ａｘ方向に延在している。第一調整層Ａ１の屈折率は、第一コア層１０の屈折率より低く、埋め込み層６の屈折率より高い。

コア領域Ｒは、所定の軸Ａｘ方向に配列された第一コア層１０及び第二コア層２０を有する。コア領域Ｒは、第一クラッド層Ｃ１と第二クラッド層Ｃ２との間に設けられている。接続境界Ｋにおいて、第一コア層１０は、第二コア層２０とバットジョイント法により接続されている。

図３に示すように、第一メサ部Ｍ１の幅ＷＯ1は、第一方向（図３に示すＸ軸方向）において一定である。第一メサ部Ｍ１の幅ＷＯ1は、第一半導体光素子Ｓ１の一端５１から他端５２に亘って一定である。すなわち、第一メサ部Ｍ１の幅ＷＯ1は、第一半導体光素子Ｓ１の一端５１から接続境界Kに亘って一定である。

第二メサ部Ｍ２の幅ＷＯ２は、第一方向（図３に示すＸ軸方向）において一定である。第二メサ部Ｍ２の幅ＷＯ２は、第二半導体光素子Ｓ２の一端５３から他端５４に亘って一定である。すなわち、第二メサ部Ｍ２の幅ＷＯ２は、第二半導体光素子Ｓ２の他端５４から接続境界Kに亘って一定である。

本実施形態では、第一メサ部Ｍ１の幅ＷＯ１は、第二メサ部Ｍ２の幅ＷＯ２よりも狭い。なお、第一メサ部Ｍ１の幅ＷＯ１と第二メサ部Ｍ２の幅ＷＯ２は同じ場合もあり、また違っていても良い。第一半導体光素子Ｓ１及び第二半導体光素子Ｓ２の実効屈折率を同一する、あるいは近くするために、第一調整層Ａ１の幅Ｗ１や材料に応じて、第一メサ部Ｍ１の幅ＷＯ1及び第二メサ部Ｍ２の幅ＷＯ２の値を適宜調整しても良い。

図２を参照すると、第一メサ部Ｍ１は、所定の軸Ａｘ方向に延在する第一側面Ｍ１ａ及び第二側面Ｍ１ｂを有する。第一メサ部Ｍ１の第一側面Ｍ１ａ及び第二側面Ｍ１ｂは、第一コア層１０の側面１０ａを含む。第二メサ部Ｍ２は、所定の軸Ａｘ方向に延在する第三側面Ｍ２ａ及び第四側面Ｍ２ｂを有する。第二メサ部Ｍ２の第三側面Ｍ２ａ及び第四側面Ｍ２ｂは、第二コア層２０の側面２０ａを含む。

第一コア層１０は、第一クラッド層Ｃ１の第一領域７１と第二クラッド層Ｃ２の第一領域８１との間に設けられている。第一コア層１０は、第一クラッド層Ｃ１の第一領域７１上に接して設けられている。第二クラッド層Ｃ２の第一領域８１は、第一コア層１０上に接して設けられている。第一コア層１０は、少なくとも活性層１２を含む。本実施形態では、第一コア層１０は、第一下部光閉じ込め層１１、活性層１２、第一上部光閉じ込め層１３、及び回折格子層１４を含む。

第二コア層２０は、第一クラッド層Ｃ１の第二領域７２と第二クラッド層Ｃ２の第二領域８２との間に設けられている。第二コア層２０は、第一クラッド層Ｃ１の第二領域７２上に接して設けられている。第二クラッド層Ｃ２の第二領域８２は、第二コア層２０上に接して設けられている。第二コア層２０は、少なくとも光吸収層２２を含む。本実施形態では、第二コア層２０は、第二下部光閉じ込め層２１、光吸収層２２、及び第二上部光閉じ込め層２３を含む。

なお、第一コア層１０が活性層１２を含む複数の半導体層（本実施形態では、第一下部光閉じ込め層１１、活性層１２、第一上部光閉じ込め層１３、及び回折格子層１４）を含む場合は、第一コア層１０の屈折率は、その複数の半導体層から求められる平均屈折率で表される。同様に、第二コア層２０が光吸収層２２を含む複数の半導体層（本実施形態では、第二下部光閉じ込め層２１、光吸収層２２、及び第二上部光閉じ込め層２３）を含む場合は、第二コア層２０の屈折率は、その複数の半導体層から求められる平均屈折率で表される。なお、実効屈折率については、後で詳述する。

第一調整層Ａ１は、第一メサ部Ｍ１に接して所定の軸Ａｘ方向に延在している。第一調整層Ａ１は、埋め込み層６と第一メサ部Ｍ１との間に設けられている。第一調整層Ａ１は、所定の軸Ａｘ方向に延在する第一部分３１及び第二部分３２を有する。第一調整層Ａ１の第一部分３１は、第一側面Ｍ１ａに接する。第一調整層Ａ１の第二部分３２は、第二側面Ｍ１ｂに接する。具体的には、第一調整層Ａ１の第一部分３１は、埋め込み層６の第一領域９１と第一メサ部Ｍ１の第一側面Ｍ１ａとの間に設けられている。第一調整層Ａ１の第二部分３２は、埋め込み層６の第一領域９１と第一メサ部Ｍ１の第二側面Ｍ１ｂとの間に設けられている。本実施形態では、第一調整層Ａ１は埋め込み層６の第一領域９１に接している。第一調整層Ａ１の第一部分３１は、第二部分３２と分離して配置している。

第一調整層Ａ１の第一部分３１の幅（Ｘ軸方向の長さ）は、第一調整層Ａ１の第二部分３２の幅（Ｘ軸方向の長さ）と同じである。しかしながら必要に応じて、両者の幅は異なっていても良い。図２及び図３では、第一調整層Ａ１の第一部分３１及び第二部分３２の幅をＷ１で示す。第一調整層Ａ１の幅Ｗ１は、第一半導体光素子Ｓ１の一端５１から他端５２に亘って一定である。すなわち、第一調整層Ａ１の幅Ｗ１は、バットジョイント接続境界Kに隣接する領域において一定であり、第一調整層Ａ１はテーパー形状ではない。図３に示す例では、第一調整層Ａ１の幅Ｗ１は、第一半導体光素子Ｓ１の一端５１から接続境界Kに亘って一定である。故に、特許文献１のようなテーパー領域を設ける必要は無く、本実施形態の半導体集積素子１では、第一半導体光素子Ｓ１と第二半導体光素子Ｓ２とをバットジョイント接続できる。よって、本実施形態の半導体集積素子１では、特許文献１のようなテーパー領域を有する半導体集積素子よりも素子長を小さくできる。例えば、第一部分３１または第二部分３２の幅Ｗ１を１００ｎｍ〜５００ｎｍとすることができる。第一調整層Ａ１の長さ（Ｙ軸方向の長さ）Ｌ１を２００μｍ〜１０００μｍとすることができる。

埋め込み層６は、所定の軸Ａｘ方向に延在しており、第一エリア６１上に設けられた第一領域９１及び第二エリア６２上に設けられた第二領域９２を有する。本実施形態では、埋め込み層６の第一領域９１は第二領域９２と連続している。図２（ａ）に示すように、埋め込み層６の第一領域９１は、第一調整層Ａ１の第一部分３１を介して、第一メサ部Ｍ１の第一側面Ｍ１ａを埋め込んでいる。埋め込み層６の第一領域９１は、第一調整層Ａ１の第二部分３２を介して、第一メサ部Ｍ１の第二側面Ｍ１ｂを埋め込んでいる。図２（ｂ）に示すように、埋め込み層６の第二領域９２は、第二メサ部Ｍ２の第三側面Ｍ２ａを埋め込んでいる。埋め込み層６の第二領域９２は、第二メサ部Ｍ２の第四側面Ｍ２ｂを埋め込んでいる。

第一半導体光素子Ｓ１では、第二クラッド層Ｃ２、第一コア層１０、第一クラッド層Ｃ１を含む第一光導波路構造に光が伝播する。第二半導体光素子Ｓ２では、第二クラッド層Ｃ２、第二コア層２０、第一クラッド層Ｃ１を含む第二光導波路構造に光が伝播する。半導体集積素子１では、第一調整層Ａ１は、第一コア層１０の屈折率と埋め込み層６の屈折率との間の屈折率を有する。この第一調整層Ａ１が、第一コア層１０の側面１０ａに接して、第一半導体光素子Ｓ１の一端５１から他端５２まで所定の軸Ａｘ方向に延在している。第一コア層１０の側面１０ａに第一調整層Ａ１を付加することにより、第一方向における第一コア層１０内の導波光の閉じ込めが弱まる。この光閉じ込めの低下により、第一光導波路構造の導波光のビーム形状は、第一方向に広がる一方、第二方向では、第一光導波路構造の導波光のビーム形状は狭まる。つまり、第一光導波路構造における第一方向と第二方向とのビームの幅の比を調整することができる。故に、第一半導体光素子Ｓ１における導波光のビーム形状と、第二半導体光素子Ｓ２における導波光のビーム形状との違いを縮小できるので、第一半導体光素子と第二半導体光素子との間において、良好な光結合を得られる。なお、ビーム形状とは、所定の軸方向に直交する面内におけるビームの強度分布のことをいう。

導波路の光伝播では、導波光のビーム形状は、実効屈折率Ｎを用いて決定される。実効屈折率Ｎは、マクスウエルの波動方程式に、光導波路を構成する各半導体層の屈折率を代入して算出される。

次に、非特許文献（半導体レーザの基礎、栖原敏明著、共立出版株式会社）の１０１〜１０２ページの記載に従って、実効屈折率Ｎの算出法を説明する。第一半導体光素子Ｓ１または第二半導体光素子Ｓ２を伝搬する導波光の電界Ｅ(ｘ，ｙ，ｚ)は下記式（１）で表される。本実施形態では、ｙ方向が光の伝播方向である。但し、Ｅ(ｘ，ｚ)はｘｚ平面における電界分布、βは伝搬定数である。

ここでＥ(ｘ，ｚ)は次のマックスウエルの波動方程式（２）を満たす。但し、ｎ(ｘ，ｚ)はｘｚ平面における屈折率分布、ｋ_０は真空中における導波光の波数（ｋ_０＝（２π）／λであり、λは真空中における導波光の波長）である。

上記式（２）を与えられた導波路の境界条件の下で解くことによりβが求まる。次に、下記式（３）の関係から、実効屈折率Ｎを算出することができる。

実効屈折率Ｎは、半導体光素子内の各半導体層の屈折率を、その領域に存在する導波光パワーの割合、即ち光閉じ込め係数で加重平均した値と同等になる。導波路内の光モードの分布は、導波路の加重平均的な屈折率である、この実効屈折率Ｎによって決定される。

第一半導体光素子及び第二半導体光素子が、それぞれ異なる半導体層から構成される場合、それぞれ異なる実効屈折率を有する。ここで、実効屈折率の調整に必要な屈折率と幅とを有する第一調整層Ａ１を導入することにより、第一半導体光素子Ｓ１及び第二半導体光素子Ｓ２の実効屈折率を同一にできる。故に、第一半導体光素子における導波光のビーム形状と、第二半導体光素子における導波光のビーム形状との違いを縮小できる。従って、第一半導体光素子Ｓ１と第二半導体光素子Ｓ２との接続境界での導波光の乱反射と、この導波光の乱反射による接続損失の発生を抑制でき、両素子間において、良好な光結合を得られる。従って、導波光のビーム形状の悪化、及び出射光の出力低下といった、素子特性の劣化を抑制できる。

以下に、バットジョイント接続前で、第一半導体光素子の実効屈折率が、第二半導体光素子の実効屈折率よりも低い場合における、調整層を用いてビーム形状の差を縮小する原理について、図４を用いて説明する。

図４（ａ）に、調整層を用いない第一半導体光素子Ｓ０のビームの強度分布Ｇ１を示し、図４（ｂ）に第二半導体光素子Ｓ２のビームの強度分布Ｇ２を示し、図４（ｃ）に第一調整層Ａ１を用いた第一半導体光素子Ｓ１のビームの強度分布Ｇ３を示す。ここで、第一半導体光素子Ｓ０の第一メサ部の幅ＷＯ１よりも第二半導体光素子Ｓ２の第二メサ部の幅ＷＯ２が大きい。即ちＷＯ１＜ＷＯ２なので、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、第一方向に関しては、第二半導体光素子Ｓ２のビーム形状は、第一半導体光素子Ｓ０のビーム形状よりも広がって分布している。図４では、第一方向はＸ軸方向である。一方、この第一方向におけるビームの広がりに起因して、第二方向に関しては、逆に第二半導体光素子Ｓ２の導波光のビームの広がりが、第一半導体光素子Ｓ０の導波光のビームの広がりよりも狭い。図４では、第二方向はＺ軸方向である。

そこで、第一半導体光素子Ｓ０のビーム形状を第二半導体光素子Ｓ２のビーム形状と同等にする、あるいは近くするには、例えば、第一半導体光素子Ｓ１において、第一調整層Ａ１を第一コア層１０の側面１０ａに付加する。図４（ｃ）に示す例では、第一半導体光素子Ｓ１において、第一調整層Ａ１を第一メサ部Ｍ１の両側面に付加する。例えば、第一調整層Ａ１が第一メサ部Ｍ１を構成する第一コア層１０と同様の屈折率を有する半導体材料で形成されている場合、第一方向における第一半導体光素子Ｓ１の導波光の閉じ込めが弱まり、導波光分布は第一方向に広がる一方、第二方向では、第一方向の広がりに連動して、逆に狭まるように変化する。

結局、図４（ｃ）に示すように、第一半導体光素子Ｓ１内のビームの強度分布Ｇ３が、第二半導体光素子Ｓ２のビームの強度分布Ｇ２と同等となる。ここで、第一半導体光素子Ｓ１及び第二半導体光素子Ｓ２の実効屈折率が同等となるように、調整に必要な幅と屈折率を有する第一調整層Ａ１を追加すれば、第一半導体光素子Ｓ１において、第一方向では、第二半導体光素子Ｓ２の導波光広がりと同等となるように、導波光分布が広がり、一方第二方向では、第二半導体光素子の導波光広がりと同等となるように、導波光分布が狭まる。故に、第一半導体光素子Ｓ１における導波光のビームの強度分布Ｇ３は、第二半導体光素子Ｓ２のビームの強度分布Ｇ２に略一致させることが出来、第一半導体光素子Ｓ１の導波光のビーム形状を第二半導体光素子Ｓ２の導波光のビーム形状と同等にできる。

図５（ａ）は、図４（ａ）に示す第一半導体光素子Ｓ０を示す模式図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す第一半導体光素子Ｓ０の実効屈折率の計算の一例を示す説明図である。図６（ａ）は、図４（ｂ）に示す第二半導体光素子Ｓ２を示す模式図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す第二半導体光素子Ｓ２の実効屈折率の計算の一例を示す説明図である。図７（ａ）は、図４（ｃ）に示す第一半導体光素子Ｓ１を示す模式図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す第一半導体光素子Ｓ１の実効屈折率の計算の一例を示す説明図である。

第一半導体光素子及び第二半導体光素子を構成する各半導体層の組成、屈折率ｎ、厚さ、幅等の値は、図５（ｂ）、図６（ｂ）、及び図７（ｂ）に示す通りである。なお、第一半導体光素子の回折格子層は、組成の異なる半導体領域が周期的に存在するので、組成や屈折率はその平均値を示す。図５〜図７に示す構造では、第二クラッド層Ｃ２の厚さが３μｍと厚いので、コンタクト層には殆ど導波光は分布しない。よって、実効屈折率の計算においては、コンタクト層は無視した。

まず、図５（ａ）に示すように第一調整層Ａ１が無い場合は、図５（ｂ）に示すように第一半導体光素子（本実施形態では、ＤＦＢレーザーダイオード)Ｓ０の実効屈折率が３．２１４である。対して、図６（ａ）に示すような第二半導体光素子（本実施形態では、ＥＡ）Ｓ２の場合、図６（ｂ）に示すように実効屈折率は３．２２８である。故に、第一半導体光素子Ｓ０の実効屈折率は、第二半導体光素子Ｓ２の実効屈折率よりも有意に小さい。そこで、図７（ａ）に示すように、第一半導体光素子Ｓ１に第一調整層Ａ１を追加すれば、第一半導体光素子Ｓ１の実効屈折率を第二半導体光素子Ｓ２の実効屈折率と同じ値又は近い値にまで高めることができる。例えば、第一調整層Ａ１をＦｅドープした半絶縁性のＩｎＰ半導体（幅０．１７μｍ）とすると、図７（ｂ）に示すように、第一半導体光素子Ｓ１の実効屈折率を３．２２８にすることができる。以上のようにして、第一半導体光素子Ｓ１の実効屈折率と第二半導体光素子Ｓ２の実効屈折率とを同等にできる。従って、第一調整層Ａ１の導入により、第一半導体光素子Ｓ１及び第二半導体光素子Ｓ２の導波光のビーム形状の違いを縮小できる。従って、第一半導体光素子Ｓ１と第二半導体光素子Ｓ２との接続境界での導波光の乱反射と、この導波光の乱反射による接続損失の発生を抑制でき、両素子間において、良好な光結合を得られる。従って、導波光のビーム形状の悪化、及び出射光の出力低下といった、素子特性の劣化を抑制できる。なお上記の各実効屈折率は、図５、図６、及び図７の各素子構造に対し、有限要素法を用いて上記マクスウエルの波動方程式を２次元数値計算した結果、得られた値である。

なお、特許文献１では、一方の半導体光素子の実効屈折率は、他方の半導体光素子の実効屈折率と異なるままバットジョイントされる。対して、本発明では、第一メサ部Ｍ１の幅ＷＯ１と第二メサ部Ｍ２の幅ＷＯ２とを予め調整しつつ、調整層を導入する。故に、予め、第一半導体光素子Ｓ１のビーム形状と、第二半導体光素子Ｓ２のビーム形状とを同等にして、あるいはビーム形状の差が縮小されるように、バットジョイントする。すなわち、本発明では、第一半導体光素子Ｓ１の実効屈折率が第二半導体光素子Ｓ２の実効屈折率と同等となるように、あるいは第一半導体光素子Ｓ１及び第二半導体光素子Ｓ２の実効屈折率の差が小さくなるように、バットジョイントする。

以下、半導体集積素子１を構成する各層について説明する。第一調整層Ａ１には、ＩｎＰ半導体基板ＳＢ上に成長可能な半導体材料を用いることができる。第一調整層Ａ１は、ＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、及びＡｌＩｎＡｓのうちのいずれかの半導体材料からなる。これらの半導体材料は、３以上の屈折率を有する。

第一調整層Ａ１に半導体材料を用いる場合、第二クラッド層Ｃ２から調整層への電流リークによる素子特性の劣化を抑制するために、調整層は高抵抗であることが望ましく、高抵抗化のために、キャリアを捕獲できる深い準位を形成する不純物を、第一調整層Ａ１にドープすることが好ましい。例えばＦｅを第一調整層Ａ１にドープすることができる。Ｆｅを第一調整層Ａ１にドープする場合、例えば１０^８Ωｃｍを超える高抵抗な第一調整層Ａ１を得ることができる。よって、第一メサ部Ｍ１から第一調整層Ａ１へ電流がリークすることを抑制できる。

半導体基板ＳＢとして、例えばｎ型ＩｎＰ基板が用いられる。第一クラッド層Ｃ１は、半導体材料からなる。例えば、第一クラッド層Ｃ１には、ｎ型半導体が用いられる。第一クラッド層Ｃ１に用いられる半導体材料として、ＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＡｌＩｎＡｓなどが挙げられる。活性層１２へのキャリア注入を効率良く行うために、第一クラッド層Ｃ１は、活性層１２及び第一下部光閉じ込め層１１のバンドギャップより大きなバンドギャップの材料で構成されることが望ましい。

第一コア層１０及び第二コア層２０は、半導体材料からなる。活性層１２を構成する材料は、第一半導体光素子Ｓ１を構成する材料のうち、最大の屈折率を有する。光吸収層２２を構成する材料は、第二半導体光素子Ｓ２を構成する材料のうち、最大の屈折率を有する。活性層１２または光吸収層２２の屈折率は、例えば、３．５前後である。活性層１２及び光吸収層２２には、例えば、量子井戸層とバリア層とが交互に積層された量子井戸構造や、バルク層などを使用できる。活性層１２及び光吸収層２２を構成する材料の具体例としては、例えば、ＧａＩｎＡｓＰ、ＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＡｌＩｎＡｓ等が挙げられる。自由キャリアによる光吸収損を抑えるために、活性層１２及び光吸収層２２は、アンドープであることが好ましい。しかしながら必要に応じて、活性層１２及び光吸収層２２にｐ型ドーパントやｎ型ドーパントをドーピングしてもよい。ｐ型ドーパントとしては、例えばＺｎを用いることができる。ｎ型ドーパントとしては、例えばＳやＳｉを用いることができる。

具体例として、活性層１２及び光吸収層２２に、量子井戸層とバリア層とが共にアンドープのＧａＩｎＡｓＰから成る量子井戸構造を用いることができる。活性層１２及び光吸収層２２がＧａＩｎＡｓＰから成る量子井戸構造であることにより、半導体集積素子１を、波長１μｍ以上の長波長帯の信号光を送信できるＥＭＬ（Electro Absorption Modulator Integrated Laser Diode）として使用できる。光吸収層２２は、活性層１２よりバンドギャップの高い材料からなることが好ましい。何故なら、光吸収層２２が活性層１２よりバンドギャップの高い材料からなる場合、光吸収層２２は活性層１２で生じたレーザー光に対して透明と成り、従って１レベルの信号光出力時に、光吸収層２２での過剰な光吸収によって、信号光パワーが減衰するのを防げるからである。

光閉じ込め層（第一下部光閉じ込め層１１、第一上部光閉じ込め層１３、第二下部光閉じ込め層２１、及び第二上部光閉じ込め層２３）を構成する材料の具体例としては、例えば、ＧａＩｎＡｓＰ、ＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＡｌＩｎＡｓ等が挙げられる。光閉じ込め層は、アンドープとすることができる。光閉じ込め層がアンドープである場合、自由キャリアによる光吸収損を抑えることができる。また、必要に応じて、ドーピングにより、光閉じ込め層にｐ型やｎ型の導電性を付与しても良い。

第一半導体光素子Ｓ１において、第一下部光閉じ込め層１１は、第一クラッド層Ｃ１のバンドギャップと活性層１２のバンドギャップとの間のバンドギャップを有していることが望ましい。第一上部光閉じ込め層１３は、第二クラッド層Ｃ２のバンドギャップと活性層１２のバンドギャップとの間のバンドギャップを有していることが望ましい。当該構成により、第一クラッド層Ｃ１及び第二クラッド層Ｃ２から注入されたキャリアは、第一下部光閉じ込め層１１及び第一上部光閉じ込め層１３で阻止され難い。よって、キャリアが活性層１２へ効率良く注入される。

また上記バンドギャップの大小関係が満たされる場合、第一下部光閉じ込め層１１は、第一クラッド層Ｃ１と活性層１２との間の屈折率を有している。第一上部光閉じ込め層１３は、第二クラッド層Ｃ２と活性層１２との間の屈折率を有している。従って当該構成により、活性層１２への光閉じ込めが強められる。

以上の理由により、第一下部光閉じ込め層１１及び第一上部光閉じ込め層１３の導入により、活性層１２へのキャリア注入を効率良くし、活性層１２への光の閉じ込めを増大することができる。よって、第一半導体光素子Ｓ１がレーザーダイオードのとき、発振特性や温度特性を改善できる。特に、活性層１２が薄膜の量子井戸構造の場合、第一下部光閉じ込め層１１及び第一上部光閉じ込め層１３を導入することにより、活性層１２への光閉じ込めが大幅に強められる。なお、光閉じ込め層は必須ではなく、例えば活性層１２がバルク層の場合等、それのみで充分な光閉じ込めが得られる場合は、第一下部光閉じ込め層１１及び第一上部光閉じ込め層１３を省略してもよい。

第二半導体光素子Ｓ２において、第二下部光閉じ込め層２１は、第一クラッド層Ｃ１と光吸収層２２との間の屈折率を有していることが望ましい。第二上部光閉じ込め層２３は、第二クラッド層Ｃ２と光吸収層２２との間の屈折率を有していることが望ましい。当該構成により、導波光は、光吸収層である光吸収層２２に強く閉じ込められる。従って、電界印加時における光吸収層２２での光吸収変化を増大させることが出来、電界吸収型光変調器として良好な動作を実現できる。なお、光吸収層２２がバルク層の場合など、光吸収層２２のみで充分な光閉じ込めが可能な場合には、第二下部光閉じ込め層２１及び第二上部光閉じ込め層２３を省略してもよい。

回折格子層１４には、ｐ型半導体が用いられる。回折格子層１４として、例えば、ＧａＩｎＡｓＰやＡｌＧａＩｎＡｓが用いられる。回折格子層１４には、回折格子が形成されている。回折格子は、所定の軸Ａｘに沿って配置され、ＤＦＢレーザーの発振波長に対応する周期を有する凹凸パターンからなる。なお、必要に応じて、回折格子層１４は省略しても良い。

第二クラッド層Ｃ２は、半導体材料からなる。第二クラッド層Ｃ２には、例えばｐ型半導体が用いられる。第二クラッド層Ｃ２に用いられる半導体材料として、ＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＡｌＩｎＡｓなどが挙げられる。活性層１２へのキャリア注入を効率良く行うために、第二クラッド層Ｃ２は、活性層１２及び第一上部光閉じ込め層１３のバンドギャップより大きなバンドギャップの材料で構成されることが望ましい。

埋め込み層６は、電流ブロック層として機能する。本実施形態では、埋め込み層６の第一領域９１は、第二領域９２と同一の材料からなる。埋め込み層６は、例えば誘電体樹脂などの絶縁性材料からなる。絶縁性材料として、ＢＣＢ(ベンゾシクロブテン)やポリイミドが挙げられる。ＢＣＢやポリイミドは、屈折率が１．５前後の低屈折率材料である。ＢＣＢやポリイミドは、高抵抗性を有する。また、ＢＣＢやポリイミドを用いた埋め込み層６は、通常の半導体プロセスにて容易に形成できる。従って、生産性に優れ、また耐久性にも優れる。なお、埋め込み層６は、誘電体樹脂に限定されず、例えば調整層に用いられるものと同じ、不純物ドープで高抵抗化された半導体を用いても良い。埋め込み層６には、第一調整層Ａ１の屈折率より低い屈折率を有する材料を用いれば良い。

コンタクト層１７，２７は、上部電極Ｅ２とオーミックコンタクトしている。コンタクト層１７，２７として、p型ドーパントが高濃度にドープされた、バンドギャップの低いp型半導体材料を用いることができる。具体的には、コンタクト層１７，２７として、ＧａＩｎＡｓＰやＧａＩｎＡｓが用いられる。なお、図１のように、接続境界Kにおいて、コンタクト層２７の一部が除去された部分には、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ等の絶縁材料ＩＮが設けられている。半導体基板ＳＢ下には下部電極Ｅ１が設けられている。

第一半導体光素子Ｓ１からの出射光パワーを増大させるために、第一半導体光素子Ｓ１の一端５１には、高反射膜Ｂ１が設けられている。第二半導体光素子Ｓ２の他端５４からの反射戻り光が素子特性に及ぼす悪影響を防ぐために、第二半導体光素子Ｓ２の他端５４には、低反射膜Ｂ２が設けられている。

以下に、図８〜図１０を用いて半導体集積素子１の製造方法の一例を説明する。なお、図８（ａ）〜（ｄ）、図９（ａ）〜（ｃ）、図１０（ａ）〜（ｃ）には、図１のIIＡ−IIＡ線に沿った断面図と同様に、第一半導体光素子Ｓ１をｘｚ平面に平行な断面図で表す。また、図８（ｅ）〜（ｇ）、図９（ｄ）〜（ｆ）、図１０（ｄ）〜（ｆ）には、図１のIIＢ−IIＢ線に沿った断面図と同様に、第二半導体光素子Ｓ２をｘｚ平面に平行な断面図で表す。

まず、図８（ａ）に示すように、半導体基板ＳＢの主面ａ１上全面に、第一クラッド層Ｃ１となる半導体材料Ｃ１ａ、第一コア層１０となる半導体材を結晶成長する。第一コア層１０となる半導体材料としては、第一下部光閉じ込め層用の半導体材料１１ａ、活性層用の半導体材料１２ａ、第一上部光閉じ込め層用の半導体材料１３ａ、及び回折格子層用の半導体材料１４ａを順次成長する。結晶成長には、例えば有機金属気相成長法や分子線エピタキシー法を用いることができる。次に、干渉露光法やＥＢ露光法等を用いて、回折格子層用の半導体材料１４ａ上にＤＦＢレーザーの発振波長に対応した周期を有する回折格子を形成する。その後半導体基板ＳＢの主面ａ１上全面において、半導体材料１４ａ上に、第二クラッド層Ｃ２となる半導体材料Ｃ２ａとコンタクト層１７となる半導体材料１７ａとを2回目成長により順次結晶成長する。このようにして、半導体基板ＳＢの主面ａ１上全面において、図８（ｂ）のような、第１半導体光素子Ｓ１に対応する半導体層構造が形成される。

次いで、半導体基板ＳＢ上において、第１半導体光素子Ｓ１が形成されるべき領域の半導体層１７ａの表面のみをＳｉＮ、ＳｉＯ_２等の誘電体マスク(図示せず)でカバーし、それ以外の領域、即ち第二半導体光素子Ｓ２となる領域において、半導体材料Ｃ１ａ上に形成された全ての半導体層、即ち第一下部光閉じ込め層用の半導体材料１１ａ、活性層用の半導体材料１２ａ、第一上部光閉じ込め層用の半導体材料１３ａ、回折格子層用の半導体材料１４ａ、第二クラッド層Ｃ２となる半導体材料Ｃ２ａ、及びコンタクト層１７となる半導体材料１７ａをエッチングにより除去し、半導体材料Ｃ１ａを露出させる。その際、第１半導体光素子Ｓ１が形成されるべき領域は、上記のように誘電体マスクでカバーされているため、全くエッチングされない。従って、図８（ｂ）の構造が保存される。続いて、図８（ｅ）に示すように、第二半導体光素子Ｓ２となる領域において、上記エッチングされた領域を埋め込むように、上記エッチングで露出した第一クラッド層Ｃ１となる半導体材料Ｃ１ａ上に、第二コア層２０となる半導体材料、第二クラッド層Ｃ２となる半導体材料Ｃ２ａ、及びコンタクト層２７となる半導体材料２７ａを結晶成長する。第二コア層２０となる半導体材料としては、具体的には第二下部光閉じ込め層用の半導体材料２１ａ、光吸収層用の半導体材料２２ａ、及び第二上部光閉じ込め層用の半導体材料２３ａを順次成長する。このようにして図８（ｅ）に示すように、半導体基板ＳＢ上の第二半導体光素子Ｓ２が形成されるべき領域に、第２半導体光素子Ｓ２に対応する半導体層構造が形成される。一方、第１半導体光素子Ｓ１が形成されるべき領域の表面は、上記のように誘電体マスクでカバーされているため、この領域には第二コア層２０と成る半導体材料、半導体材料Ｃ２ａ、及び半導体材料１７ａは成長されない。従って、図８（ｂ）の第１半導体光素子Ｓ１に対応する半導体層構造がそのまま保存される。その結果、図８（ｂ）に示す第一半導体光素子Ｓ１を構成する各半導体層と、図８（ｅ）に示す第二半導体光素子Ｓ２を構成する各半導体層とが、それらの境界面でバットジョイントで集積された構造が形成される。

次に第１半導体光素子Ｓ１の領域をカバーしていた上記誘電体マスクを除去した後、図８（ｃ）に示すように、第一半導体光素子Ｓ１では、マスク１８を半導体材料１７ａの一部上に新たに設ける。また、図８（ｆ）に示すように、第二半導体光素子Ｓ２では、マスク２８を半導体材料２７ａの一部上に設ける。一例では、マスク２８の幅は、マスク１８の幅よりも大きい。マスク１８，２８には例えばＳｉＮ、ＳｉＯ_２等の誘電体膜を使用できる。マスク１８を用いて、上記成長した、第一半導体光素子Ｓ１における、半導体材料１７ａ〜半導体材料Ｃ１ａの全半導体層と半導体基板ＳＢの上部領域を、またマスク２８を用いて、上記成長した、第二半導体光素子Ｓ２における、半導体材料２７ａ〜半導体材料Ｃ１ａの全半導体層と半導体基板ＳＢの上部領域を各々エッチングすると、図８（ｄ）に示すように、第一半導体光素子Ｓ１では、第一メサ部Ｍ１を得る。第一メサ部Ｍ１は、第一クラッド層Ｃ１の第一領域７１、第一コア層１０、第二クラッド層Ｃ２の第一領域８１、及びコンタクト層１７を含むように形成される。また、図８（ｇ）に示すように、第二半導体光素子Ｓ２では、第二メサ部Ｍ２を得る。第二メサ部Ｍ２は、第一クラッド層Ｃ１の第二領域７２、第二コア層２０、第二クラッド層Ｃ２の第二領域８２、及びコンタクト層２７を含むように形成される。一例では、第一メサ部Ｍ１の幅ＷＯ１は、第二メサ部Ｍ２の幅ＷＯ２よりも狭くなるように形成される。

次に、第一コア層１０の側面１０ａ及び第二コア層２０の側面２０ａに、半導体材料Ａ１ａを有機金属気相成長法や分子線エピタキシー法などにより成長する。図９（ａ）及び（ｄ）に示す例では、第一メサ部Ｍ１の第一側面Ｍ１ａ及び第二側面Ｍ１ｂと、第二メサ部Ｍ２の第三側面Ｍ２ａ及び第四側面Ｍ２ｂとに、半導体材料Ａ１ａを成長する。第一メサ部Ｍ１及び第二メサ部Ｍ２を埋め込むように、半導体材料Ａ１ａを形成する。必要に応じて、半導体材料Ａ１ａの表面が、コンタクト層１７，２７の上面と一致するように、平坦化処理を行う。以上のようにして、第一半導体光素子Ｓ１及び第二半導体光素子Ｓ２において、埋め込みメサ構造が形成される。このようにして、第一半導体光素子Ｓ１と第二半導体光素子Ｓ２がバットジョイントで集積された構造を得る。よって、第一コア層１０は、バットジョイント法により第二コア層２０と接続するように形成される。第一半導体光素子Ｓ１の他端５２は、第二半導体光素子Ｓ２の一端５３に接続するように、バットジョイントされる。

続いて、マスク１８、２８を除去した後、第一半導体光素子Ｓ１においては図９（ｂ）に示すように、第一メサ部Ｍ１の幅ＷＯ１よりも大きい幅を有するマスク１９を、また第二半導体光素子Ｓ２においては、図９（ｅ）に示すように、第二メサ部Ｍ２と同じＷＯ２の幅を有するマスク２９を形成する。マスク１９は、半導体材料Ａ１ａにおける第一メサ部Ｍ１側の一部、及びコンタクト層１７上に形成される。またマスク２９はコンタクト層２７全体をカバーするように、コンタクト層２７上のみに形成される。マスク１９、２９には、例えばＳｉＮ、ＳｉＯ_２等の誘電体膜を使用できる。

そして、マスク１９，２９を用いて、半導体材料Ａ１ａをエッチングして、図９（ｃ）に示すように、第一半導体光素子Ｓ１では、第一部分３１及び第二部分３２を有する第一調整層Ａ１を形成し、図９（ｆ）に示すように、第二半導体光素子Ｓ２では、半導体材料Ａ１ａを除去する。ここで、エッチング後の第一調整層Ａ１の幅が、バットジョイント接合境界Ｋにおける実効屈折率の調整に必要な幅となるように、予めマスク１９の幅を調整して形成しておく。図９（ｆ）に示すように、第二半導体光素子Ｓ２では、半導体材料Ａ１ａが完全に除去されるので、調整層は設けられない。続いてマスク１９，２９を除去した後、図１０（ａ）及び（ｄ）に示すように、第一半導体光素子Ｓ１及び第二半導体光素子Ｓ２において、ウエハ全面にＢＣＢやポリイミド等の誘電体樹脂６ａを塗布する。その後、図１０（ｂ）及び（ｅ）に示すように、第一半導体光素子Ｓ１及び第二半導体光素子Ｓ２において、例えばドライエッチングにより、表面に付着した余分な樹脂層を除去し、コンタクト層１７，２７の表面を露出させ、埋め込み層６を得る。

次に、第二半導体光素子Ｓ２のコンタクト層２７のうち、接続境界K側の一部を除去する。図１を再び参照すると、コンタクト層２７の一部が除去された部分に、絶縁材料ＩＮを形成する。その後、図１０（ｃ）及び（ｆ）に示すように、第一半導体光素子Ｓ１及び第二半導体光素子Ｓ２のそれぞれにおいて、コンタクト層１７，２７上に、上部電極Ｅ２を蒸着法やスパッタリング法などにより形成する。その後、研磨等により、半導体基板ＳＢを劈開可能な厚さ、例えば１００μｍ以下まで薄くする。その後、蒸着法やスパッタリング法などにより、図１０（ｃ）及び（ｆ）に示すように、第一半導体光素子Ｓ１及び第二半導体光素子Ｓ２のそれぞれにおいて、半導体基板ＳＢの裏面ａ２に、下部電極Ｅ１を設ける。以上の工程により、半導体集積素子１が完成する。

以下に、半導体集積素子１の動作の例を説明する。第一半導体光素子Ｓ１が分布帰還型レーザーダイオードである場合、活性層１２に電流注入により注入された電子と正孔とが活性層１２で再結合して、発光が生じる。注入する電流の増加と共に発光強度が増幅される。閾値電流以上の電流を流すと、回折格子層１４の回折格子の周期で決まる波長にてレーザー発振する。第二半導体光素子Ｓ２が電界吸収型光変調器である場合、光吸収層２２における光吸収は、印加される逆バイアス電圧が高いほど大きくなる。そこで、１レベルの信号光出力時には低電圧を印加すれば、この場合光吸収は小さいため、1レベルに対応した大きな光出力が得られる。また０レベルの信号光出力時には高電圧を印加すれば、この場合光吸収は大となるため、０レベルに対応した小さな光出力が得られる。そこで、伝送信号パターンに対応させて、第二半導体光素子Ｓ２への逆バイアス電圧の大きさを変化させれば、例えば分布帰還型レーザーダイオードである第一半導体光素子Ｓ１から入射されるレーザー光を強度変調できる。

（第二実施形態）
以下、図１１〜１２を用いて、第二実施形態に係る半導体集積素子について説明する。図１１は、図２の変形例を示す断面図である。図１２は、図３の変形例を示す断面図である。図１３（ａ）〜（ｄ）は、導波光のビームの強度分布の一例を示す。第二実施形態に係る半導体集積素子が、第一実施形態に係る半導体集積素子１と異なるのは、調整層のみであるため、調整層以外の説明は省略する。

図１１（ａ）に示すように、第二実施形態に係る第一半導体光素子Ｓ１は、第一実施形態に係る第一半導体光素子Ｓ１と同様に、第一調整層Ａ１を有する。図１１（ｂ）に示すように、第二実施形態に係る第二半導体光素子Ｓ２２は、第一実施形態に係る第二半導体光素子Ｓ２とは異なり、第二調整層Ａ２を更に有する。

第二調整層Ａ２は、第一調整層Ａ１と同じ材料または異なる材料からなる。第二調整層Ａ２には、第一調整層Ａ１を構成しうる材料を適用することができる。第二調整層Ａ２の屈折率は、第二コア層２０の屈折率より低く、埋め込み層６の第二領域９２の屈折率より高い。第二調整層Ａ２は、埋め込み層６と第二メサ部Ｍ２との間に設けられている。第二調整層Ａ２は、第二コア層２０の側面２０ａに接して、第二半導体光素子Ｓ２２の一端５３から他端５４まで所定の軸Ａｘ方向に延在している。第二調整層Ａ２は、所定の軸Ａｘ方向に延在する第三部分３３及び第四部分３４を有する。第二調整層Ａ２の第三部分３３は、第二メサ部Ｍ２の第三側面Ｍ２ａに接する。第二調整層Ａ２の第四部分３４は、第二メサ部Ｍ２の第四側面Ｍ２ｂに接する。第二調整層Ａ２の第三部分３３は、埋め込み層６の第二領域９２と第二メサ部Ｍ２の第三側面Ｍ２ａとの間に設けられている。第二調整層Ａ２の第四部分３４は、埋め込み層６の第二領域９２と第二メサ部Ｍ２の第四側面Ｍ２ｂとの間に設けられている。本実施形態では、第二調整層Ａ２は、埋め込み層６と接している。第二調整層Ａ２の第三部分３３は、第四部分３４と分離して配置している。

図１２に示す例では、バットジョイント接続境界Kにおいて、第一調整層Ａ１の第一部分３１は、第二調整層Ａ２の第三部分３３と接しており、第一調整層Ａ１の第二部分３２は、第二調整層Ａ２の第四部分３４と接している。第二調整層Ａ２の第三部分３３の幅（Ｘ軸方向の長さ）は、第二調整層Ａ２の第四部分３４の幅（Ｘ軸方向の長さ）と同じである。図１１及び図１２では、第二調整層Ａ２の第三部分３３及び第四部分３４の幅をＷ２で示す。第二調整層Ａ２の幅Ｗ２は、バットジョイント接続境界Kに隣接する領域において一定であり、第二調整層Ａ２はテーパー形状ではない。第二調整層Ａ２の幅Ｗ２は、第一方向において、一定である。図１２では、第一方向はＸ軸方向である。第二調整層Ａ２の幅Ｗ２は、第二半導体光素子Ｓ２の一端５３から他端５４に亘って一定である。すなわち、第二調整層Ａ２の幅Ｗ２は、第二半導体光素子Ｓ２の他端５４から接続境界Kに亘って一定である。本実施形態の半導体集積素子１では、特許文献１のようなテーパー領域が不要であり、特許文献１のようなテーパー領域を有する半導体集積素子よりも素子長を小さくできる。

本実施形態では、接続境界Kにおいて、第一調整層Ａ１の第一部分３１と第二調整層Ａ２の第三部分３３とが階段状に連結しており、第一調整層Ａ１の第二部分３２と第二調整層Ａ２の第四部分３４とが階段状に連結している。また、接続境界Kにおいて、第一部分３１の幅Ｗ１は第三部分３３の幅Ｗ２と異なり、第一調整層Ａ１の第二部分３２の幅Ｗ１は第二調整層Ａ２の第四部分３４の幅Ｗ２と異なる。図１２に示される例では、第一部分３１の幅Ｗ１が第三部分３３の幅Ｗ２よりも大きく、第二部分３２の幅Ｗ１が第四部分３４の幅Ｗ２よりも大きい。例えば、第三部分３３または第四部分３４の幅Ｗ２を１００ｎｍ〜５００ｎｍとすることができる。第二調整層Ａ２の高さ（Ｚ軸方向の長さ）Ｈ２を１．５μｍ〜３．０μｍとすることができる。第二調整層Ａ２の長さ（Ｙ軸方向の長さ）Ｌ２を５０μｍ〜３００μｍとすることができる。

第一部分３１及び第二部分３２の幅Ｗ１と屈折率、並びに第三部分３３及び第四部分３４の幅Ｗ２と屈折率を調整し、且つ必要に応じて第一メサ部Ｍ１の幅ＷＯ１と第二メサ部Ｍ２の幅ＷＯ２も調整することにより、第一半導体光素子Ｓ１及び第二半導体光素子Ｓ２の導波光のビーム形状の違いを容易に縮小できる。

例えば、第一調整層Ａ１と第二調整層Ａ２が、同じ屈折率を有する場合における、実効屈折率の調整を考える。この際、第二半導体光素子の実効屈折率が、第一半導体光素子の実効屈折率より高い場合、例えば、第一調整層Ａ１の幅Ｗ１を、第二調整層Ａ２の幅Ｗ２よりも大きくする。一方、第二半導体光素子の実効屈折率が、第一半導体光素子の実効屈折率より低い場合、例えば、第一調整層Ａ１の幅Ｗ１を、第二調整層Ａ２の幅Ｗ２よりも小さくする。

また、例えば、第一調整層Ａ１の屈折率が第二調整層Ａ２の屈折率より大きい場合における、実効屈折率の調整を考える。この際、第二半導体光素子の実効屈折率が、第一半導体光素子の実効屈折率より高い場合、例えば、屈折率の大きい第一調整層Ａ１の幅Ｗ１を第二調整層Ａ２の幅Ｗ２以下としても、実効屈折率の調整は可能である。

図１３（ａ）に、調整層を用いない第一半導体光素子Ｓ０のビームの強度分布Ｇ１を、図１３（ｂ）に、調整層を用いない第二半導体光素子Ｓ２のビームの強度分布Ｇ２を、図１３(ｃ)に、第一調整層Ａ１を用いた第一半導体光素子Ｓ１のビームの強度分布Ｇ４を、図１３(ｄ)に、第二調整層Ａ２を用いた第二半導体光素子Ｓ２２のビームの強度分布Ｇ５を、各々示す。

本実施形態では、第二半導体光素子Ｓ２の第二メサ部Ｍ２の幅ＷＯ２の方が第一半導体光素子Ｓ０の第一メサ部Ｍ１の幅ＷＯ１よりも大きい。即ちＷＯ２＞ＷＯ１なので、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示すように、第二半導体光素子Ｓ２の導波光が、第一半導体光素子Ｓ０の導波光よりも、第一方向により大きく広がって分布する。図１３では、第一方向はＸ軸方向である。一方、この広がりに起因して、第二方向に関しては、逆に第二半導体光素子Ｓ２の導波光が、第一半導体光素子Ｓ０の導波光よりも、広がりは狭くなる。図１３では、第二方向は、Ｚ軸方向である。この場合、第二半導体光素子Ｓ２の実効屈折率が、第一半導体光素子Ｓ０の実効屈折率よりも大となる。

そこで、第一半導体光素子Ｓ０のビーム形状及び第二半導体光素子Ｓ２のビーム形状を同等にするには、例えば、図１３（ｃ）に示すように、第一半導体光素子Ｓ１において、第一調整層Ａ１を第一コア層１０の側面１０ａに付加し、且つ、図１３（ｄ）に示すように、第二半導体光素子Ｓ２２において、第一調整層Ａ１と同じ屈折率を有し、且つ第一調整層Ａ１の幅Ｗ１より小さい幅Ｗ２を有する第二調整層Ａ２を第二コア層２０の側面２０ａに付加する。そして、例えば、第一調整層Ａ１及び第二調整層Ａ２が、第一コア層１０及び第二コア層２０と同様の屈折率を有する半導体材料で形成されている場合、第一及び第二半導体光素子のいずれにおいても、第一調整層Ａ１及び第二調整層Ａ２の追加により第一方向における導波光の閉じ込めが弱まる。この光閉じ込めの低下により、導波光分布は第一方向に広がる一方、第二方向の導波光分布は、第一方向の広がりに連動して、逆に狭まるように変化する。しかしながら、第二調整層Ａ２の幅W２の方が第一調整層Ａ１の幅Ｗ１よりも小さいので、第一半導体光素子Ｓ１の導波光の方が、第二半導体光素子Ｓ２２の導波光よりも、第一方向では大きく広がり、逆に第二方向では大きく狭まる。その結果、第一半導体光素子及び第二半導体光素子における導波光のビーム形状が同等となる又は近くなる。

第一半導体光素子Ｓ１の実効屈折率が第二半導体光素子Ｓ２２の実効屈折率と同等となる又は近くなるように、実効屈折率の調整に必要な幅と屈折率を有する第一調整層Ａ１及び第二調整層Ａ２を追加すれば、第一半導体光素子Ｓ１及び第二半導体光素子Ｓ２２の導波光分布は、第一方向及び第二方向において同等な広がりとなる。従って、第一半導体光素子Ｓ１における導波光のビームの強度分布Ｇ４と第二半導体光素子Ｓ２２の導波光のビームの強度分布Ｇ５は、図１３（ｃ）及び図１３（ｄ）に示すように、共に同じビーム形状として略一致させることができる。以上のようにして、第一半導体光素子Ｓ１の導波光のビーム形状と第二半導体光素子Ｓ２２の導波光のビーム形状を同等に又は接近させることができる。

即ち、実効屈折率の調整に必要な屈折率と幅とを有する第一調整層Ａ１及び第二調整層Ａ２を、第一半導体光素子Ｓ１及び第二半導体光素子Ｓ２２のそれぞれに導入することにより、第一半導体光素子Ｓ１及び第二半導体光素子Ｓ２２の実効屈折率を同一にできる。あるいは、第一半導体光素子Ｓ１及び第二半導体光素子Ｓ２２の実効屈折率差を縮小できる。故にテーパー領域を用いずとも、第一半導体光素子Ｓ１及び第二半導体光素子Ｓ２２の導波光のビーム形状の違いを低減できる。よって、第一半導体光素子Ｓ１と第二半導体光素子Ｓ２２との間において、接続境界での導波光の乱反射と、この導波光の乱反射による接続損失の発生を抑制でき、良好な光結合を得られる。従って、導波光のビーム形状の悪化、及び出射光の出力低下といった、素子特性の劣化を抑制できる。

以下に、第二調整層Ａ２の製造方法を説明する。第二実施形態の半導体集積素子の製造方法が第一実施形態の半導体集積素子の製造方法と異なるのは、第一実施形態で説明した、製造方法の図９（ｅ）のマスク２９についてである。第二実施形態では、第二調整層Ａ２を形成するために、マスク２８を取り除いた後、第二メサ部Ｍ２上に、新たにマスク２９を設ける。マスク２９の幅は、第二メサ部Ｍ２の幅ＷＯ２よりも大きくすればよい。つまり、第二実施形態では、マスク２９を、コンタクト層２７と、半導体材料Ａ１ａの第二メサ部Ｍ２側の一部上とを覆うように形成する。そして、第一調整層用のマスク１９と、このマスク２９とを用いて、半導体材料Ａ１ａをエッチングすることにより、第一半導体光素子Ｓ１には第一調整層Ａ１が形成され、第二半導体光素子Ｓ２２には第二調整層Ａ２が形成される。マスク１９とマスク２９の幅を適宜変更することにより、第一調整層Ａ１の幅Ｗ１と、第二調整層Ａ２の幅Ｗ２とを変更することができる。第二調整層Ａ２形成後は、第一実施形態の半導体集積素子と同様に、埋め込み層６、上部電極Ｅ２、及び下部電極Ｅ１を形成すればよい。

（第三実施形態）
以下、図１４及び図１５を用いて、第三実施形態に係る半導体集積素子について説明する。図１４は、図２の変形例を示す断面図である。図１５は、図３の変形例を示す断面図である。第三実施形態に係る半導体集積素子が、第一実施形態に係る半導体集積素子と異なるのは、調整層のみであるため、調整層以外の説明は省略する。

図１４（ａ）に示すように、第三実施形態に係る半導体集積素子の第一半導体光素子Ｓ１３は、第一調整層Ａ１に加えて、第三調整層Ａ３を有する。第三調整層Ａ３は、所定の軸Ａｘ方向に延在する第五部分３５及び第六部分３６を有する。第三調整層Ａ３の第五部分３５は、第六部分３６と分離されている。第三調整層Ａ３の第五部分３５は、第一調整層Ａ１の第一部分３１と埋め込み層６の第一領域９１との間に設けられている。本実施形態では、第三調整層Ａ３の第五部分３５は、第一調整層Ａ１の第一部分３１の側面及び埋め込み層６の第一領域９１に接している。第三調整層Ａ３の第六部分３６は、第一調整層Ａ１の第二部分３２と埋め込み層６の第一領域９１との間に設けられている。本実施形態では、第三調整層Ａ３の第六部分３６は、第一調整層Ａ１の第二部分３２の側面及び埋め込み層６の第一領域９１に接している。第三調整層Ａ３の屈折率は、第一調整層Ａ１の屈折率より低く、埋め込み層６の第一領域９１の屈折率より高い。

図１４（ｂ）に示すように、第三実施形態に係る半導体集積素子の第二半導体光素子Ｓ２３は、第二調整層Ａ２及び第四調整層Ａ４を有する。第四調整層Ａ４は、所定の軸Ａｘ方向に延在する第七部分３７及び第八部分３８を有する。第四調整層Ａ４の第七部分３７は、第八部分３８と分離されている。第四調整層Ａ４の第七部分３７は、第二調整層Ａ２の第三部分３３と埋め込み層６の第二領域９２との間に設けられている。本実施形態では、第四調整層Ａ４の第七部分３７は、第二調整層Ａ２の第三部分３３の側面及び埋め込み層６の第二領域９２に接している。第四調整層Ａ４の第八部分３８は、第二調整層Ａ２の第四部分３４と埋め込み層６の第二領域９２との間に設けられている。本実施形態では、第四調整層Ａ４の第八部分３８は、第二調整層Ａ２の第四部分３４の側面及び埋め込み層６の第二領域９２に接している。第四調整層Ａ４の屈折率は、第二調整層Ａ２の屈折率より低く、埋め込み層６の第二領域９２の屈折率より高い。

一例として、第三調整層Ａ３の第五部分３５の幅（Ｘ軸方向の長さ）は、第三調整層Ａ３の第六部分３６の幅（Ｘ軸方向の長さ）と同じである。図１４（ａ）では、第三調整層Ａ３の第五部分３５及び第六部分３６の幅をＷ３で示す。一例として、第四調整層Ａ４の第七部分３７の幅（Ｘ軸方向の長さ）は、第四調整層Ａ４の第八部分３８の幅（Ｘ軸方向の長さ）と同じである。図１４（ｂ）では、第四調整層Ａ４の第七部分３７及び第八部分３８の幅をＷ４で示す。

第三調整層Ａ３の幅Ｗ３及び第四調整層Ａ４の幅Ｗ４は、バットジョイント接続境界Kに隣接する領域において一定であり、第三調整層Ａ３及び第四調整層Ａ４はテーパー形状ではない。第三調整層Ａ３の幅Ｗ３及び第四調整層Ａ４の幅Ｗ４は、一定である。第三調整層Ａ３の幅Ｗ３及び第四調整層Ａ４の幅Ｗ４は、第一方向において一定である。図１４及び図１５では、第一方向はＸ軸方向である。第三調整層Ａ３の幅Ｗ３は、第一半導体光素子Ｓ１の一端５１から他端５２に亘って一定である。すなわち、第三調整層Ａ３の幅Ｗ３は第一半導体光素子Ｓ１の一端５１から接続境界Kに亘って一定である。第四調整層Ａ４の幅Ｗ４は、第二半導体光素子Ｓ２の一端５３から他端５４に亘って一定である。すなわち、第四調整層Ａ４の幅Ｗ４は第二半導体光素子Ｓ２の他端５４から接続境界Kに亘って一定である。故に、本実施形態の半導体集積素子１では、特許文献１のようなテーパー領域が不要であり、特許文献１のようなテーパー領域を有する半導体集積素子よりも素子長を小さくできる。以上のように、第一調整層Ａ１のみならず、第二調整層Ａ２、第三調整層Ａ３及び第四調整層Ａ４をも用いることにより、第一半導体光素子Ｓ１及び第二半導体光素子Ｓ２の導波光のビーム形状の違いを縮小できる。従って、ビーム形状の違いを縮小するための設計の自由度が増す。

第一部分３１及び第五部分３５、並びに第二部分３２及び第六部分３６の合計幅Ｗ５は、第一半導体光素子Ｓ１の一端５１から接続境界Kに亘って一定である。第三部分３３及び第七部分３７、並びに第四部分３４及び第八部分３８の合計幅Ｗ６は、第二半導体光素子Ｓ２の他端５４から接続境界Kに亘って一定である。

一例として、接続境界Kにおいて、第一部分３１及び第五部分３５の合計幅Ｗ５は、第三部分３３及び第七部分３７の合計幅Ｗ６と異なる。接続境界Kにおいて、第二部分３２及び第六部分３６の合計幅Ｗ５は、第四部分３４及び第八部分３８の合計幅Ｗ６と異なる。第一部分３１及び第五部分３５の合計幅Ｗ５、第二部分３２及び第六部分３６の合計幅Ｗ５、第三部分３３及び第七部分３７の合計幅Ｗ６、第四部分３４及び第八部分３８の合計幅Ｗ６を調整することにより、第一半導体光素子Ｓ１及び第二半導体光素子Ｓ２の導波光のビーム形状の違いを容易に縮小できる。

実効屈折率の調整に必要な屈折率と幅とを有する第一調整層Ａ１、第二調整層Ａ２、第三調整層Ａ３、及び第四調整層Ａ４を導入し、且つ第一メサ部Ｍ１の幅ＷＯ１と第二メサ部Ｍ２の幅ＷＯ２を必要に応じて調整することにより、第一半導体光素子Ｓ１３及び第二半導体光素子Ｓ２３の実効屈折率を同一にあるいは近くできる。例えば、第一調整層Ａ１の屈折率が第二調整層Ａ２の屈折率と同じであり、第三調整層Ａ３の屈折率が第四調整層Ａ４の屈折率と同じ場合を考える。この際、第一半導体光素子の実効屈折率が第二半導体光素子の実効屈折率より低いとすると、実効屈折率の調整のために、例えば第一半導体光素子Ｓ１３の第一部分３１及び第五部分３５の合計幅Ｗ５を、第二半導体光素子Ｓ２３の第三部分３３及び第七部分３７の合計幅Ｗ６より大きくする。また、第一半導体光素子の実効屈折率が、第二半導体光素子の実効屈折率より高いとすると、実効屈折率の調整のために、例えば第一半導体光素子Ｓ１３の第一部分３１及び第五部分３５の合計幅Ｗ５を、第二半導体光素子Ｓ２３の第三部分３３及び第七部分３７の合計幅Ｗ６より小さくする。

第三調整層Ａ３は、第四調整層Ａ４と同じ材料からなる、あるいは異なる材料からなる。第三調整層Ａ３及び第四調整層Ａ４には、第一調整層Ａ１や第二調整層Ａ２と同様の材料を適用することができ、ＩｎＰ半導体基板ＳＢ上に成長可能な半導体材料を用いることができる。第三調整層Ａ３及び第四調整層Ａ４は、例えばＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、及びＡｌＩｎＡｓのうちのいずれかの半導体材料からなる。

以下に、第三調整層Ａ３及び第四調整層Ａ４の製造方法を説明する。例えば、第二実施形態で説明したように第二調整層Ａ２を形成した後、第一半導体光素子Ｓ１３の第一調整層Ａ１と第二半導体光素子Ｓ２３の第二調整層Ａ２とを埋め込むように、更に半導体材料を形成する。そして、第一半導体光素子Ｓ１３において、第一メサ部Ｍ１と第一調整層Ａ１の合計幅よりも大きな幅を有するマスク（以下、第三調整層用マスクという）を形成し、第二半導体光素子Ｓ２３において、第二メサ部Ｍ２と第二調整層Ａ２の合計幅よりも大きな幅を有するマスク（以下、第四調整層用マスクという）を形成する。つまり、第三実施形態では、第三調整層用マスクを、コンタクト層１７と第一調整層Ａ１上とを覆うように形成し、第四調整層用マスクを、コンタクト層２７と第二調整層Ａ２上とを覆うように形成する。続いて、第三調整層用マスクおよび第四調整層用マスクを用いて、半導体材料をエッチングすることにより、第一半導体光素子Ｓ１３に第三調整層Ａ３を形成し、第二半導体光素子Ｓ２３に第四調整層Ａ４を形成する。第三調整層用マスクおよび第四調整層用マスクの幅を適宜変更することにより、第三調整層Ａ３の幅Ｗ３と、第四調整層Ａ４の幅Ｗ４とを変更することができる。第三調整層Ａ３及び第四調整層Ａ４形成後は、第一実施形態の半導体集積素子と同様に、埋め込み層６、上部電極Ｅ２、及び下部電極Ｅ１を形成すればよい。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。第一実施形態では、第一半導体光素子Ｓ１に第一調整層Ａ１を用い、第二半導体光素子Ｓ２に第二調整層Ａ２に用いない例を示したが、調整層は、第一半導体光素子及び第二半導体光素子のいずれか一方のみに用いれば良い。例えば、第一半導体光素子に第一調整層Ａ１を用いず、第二半導体光素子に第二調整層Ａ２を用いる構成とすることもできる。あるいは、第一半導体光素子に第一調整層Ａ１及び第三調整層Ａ３を用い、第二半導体光素子に第二調整層Ａ２及び第四調整層Ａ４を用いない構成とすることができる。また、第一半導体光素子に第一調整層Ａ１及び第三調整層Ａ３を用いず、第二半導体光素子に第二調整層Ａ２及び第四調整層Ａ４を用いる構成とすることができる。いずれの場合においても、第一半導体光素子と第二半導体光素子との間において、良好な光結合を得ることが可能な半導体集積素子を提供できる。

また、上記実施形態では、調整層が半導体材料である例を示したが、調整層の材料はこれに限定されない。例えば、調整層（第一調整層Ａ１，第二調整層Ａ２，第三調整層Ａ３，第四調整層Ａ４）は、誘電体材料からなってもよい。誘電体材料として、例えば、酸化チタン、酸化タンタル、及び酸化ジルコニウムのうちのいずれかの材料を挙げることができる。例えば、酸化チタンとしてＴｉＯ_２がある。例えば、酸化タンタルとしてＴａ_２Ｏ_５がある。例えば、酸化ジルコニウムとしてＺｒＯ_２がある。これらの誘電体材料は、２．２前後の屈折率を有する。誘電体材料からなる調整層は、コア領域Ｒ（第一コア層１０及び第二コア層２０）を構成する半導体材料の屈折率（３以上）と、埋め込み層６を構成する絶縁性材料の屈折率（１．５前後）との間の屈折率を有する。

故に、誘電体材料からなる調整層を用いることにより、第一方向における導波光の閉じ込めが弱まる。この光閉じ込めの低下により、第一半導体光素子の導波光のビーム形状は、第一方向に広がる一方、第二方向において、第一半導体光素子の導波光のビーム形状は、第一方向の広がりに連動して、逆に狭まる方向に変化する。よって、第一半導体光素子における導波光のビーム形状と、第二半導体光素子における導波光のビーム形状との違いを縮小できるので、第一半導体光素子と第二半導体光素子との間において、良好な光結合を得られる。

また、上記誘電体材料は、ＣＶＤ法やスパッタ法を用いて、例えば２００℃以下の低温で成膜できる。故に、調整層に隣接する第一メサ部Ｍ１や第二メサ部Ｍ２の熱的なダメージを及ぼす危険性は低い。また、半導体材料を調整層に用いる場合は、高抵抗化のためには上記のように不純物をドープする必要があるが、これらの不純物はクラッド中のドーパントと相互拡散しやすいため、これによって調整層の抵抗が再び低下してリーク電流が増加する等、素子特性を悪化させる可能性がある。一方、当該誘電体材料は、本質的に絶縁性を有するので、不純物をドープせずとも高抵抗性を有する。故に、上記のような相互拡散による素子劣化を避けることができるので、当該誘電体材料は、調整層の材料として好適である。

また、調整層（第一調整層Ａ１，第二調整層Ａ２，第三調整層Ａ３，第四調整層Ａ４）は、ａ−Ｓｉから構成されてもよい。成膜速度や成膜温度の好適な制御により、ａ−Ｓｉは、２〜３の屈折率を有することができる。

また、上記実施形態では、第一半導体光素子及び第二半導体光素子の埋め込み層６に同じ材料を用いる例を示したが、これに限定されない。必要に応じて、第一半導体光素子の埋め込み層６の領域９１は、第二半導体光素子の埋め込み層６の第二領域９２と異なる材料からなってもよい。

また、上記実施形態では、第一半導体光素子が分布帰還型レーザーダイオードであり、第二半導体光素子が電界吸収型光変調器である例を示したが、本発明はこれに限られず、バットジョイントで集積された任意の半導体素子に対して本発明を適用できる。例えば、第一半導体光素子がレーザーダイオード（ＬＤ）であり、第二半導体光素子がマッハツェンダー変調器であってもよい。あるいは、第一半導体光素子がＬＤであり、第二半導体光素子が受光素子、ＳＯＡ、及び合分波器といった変調器以外の素子であってもよい。また、バットジョイントにより接続される半導体光素子の数は２に限らず、例えば波長可変ＬＤや光マトリックススイッチのように、３つ以上の素子がバットジョイントにより接続されている素子に対しても、本発明の構造を同様に適用できる。

１…半導体集積素子、Ｓ０，Ｓ１，Ｓ１３…第一半導体光素子、Ｓ２，Ｓ２２，Ｓ２３…第二半導体光素子、Ｍ１…第一メサ部、Ｍ２…第二メサ部、ＳＢ…半導体基板、Ｃ１…第一クラッド層、Ｃ２…第二クラッド層、６…埋め込み層、１０…第一コア層（コア領域Ｒ）、１１…第一下部光閉じ込め層、１２…活性層、１３…第一上部光閉じ込め層、１４…回折格子層、２０…第二コア層（コア領域Ｒ）、２１…第二下部光閉じ込め層、２２…光吸収層、２３…第二上部光閉じ込め層、１７,２７…コンタクト層、Ａ１…第一調整層、Ａ２…第二調整層、Ａ３…第三調整層、Ａ４…第四調整層、３１…第一部分、３２…第二部分、３３…第三部分、３４…第四部分、３５…第五部分、３６…第六部分、３７…第七部分、３８…第八部分、Ｅ１…下部電極、Ｅ２…上部電極。

Claims (9)

1. 所定の軸方向に配列された第一半導体光素子及び第二半導体光素子を含み、
   第一及び第二エリアを含む主面を有する半導体基板を備え、
   前記第一及び前記第二エリアは、前記所定の軸方向に隣接して配列されており、
   前記第一半導体光素子は、
   前記所定の軸方向に延びる第一メサ部と、
   前記第一メサ部を埋め込む埋め込み層と、
   前記第一メサ部と前記埋め込み層との間に設けられた第一調整層と、を備え、
   前記第一メサ部は、前記第一エリア上に設けられた第一クラッド層の第一領域と、前記第一クラッド層の前記第一領域上に設けられた第一コア層と、前記第一コア層上に設けられた第二クラッド層の第一領域と、を含み、
   前記第一調整層は、前記第一半導体光素子の一端から他端まで前記所定の軸方向に前記第一コア層の側面に接して延在し、
   前記第一調整層の屈折率は、前記第一コア層の屈折率より低く、前記埋め込み層の屈折率より高く、
   前記第二半導体光素子は、前記所定の軸方向に延びる第二メサ部を備え、
   前記第二メサ部は、前記第二エリア上に設けられた前記第一クラッド層の第二領域と、前記第一クラッド層の前記第二領域上に設けられた第二コア層と、前記第二コア層上に設けられた第二クラッド層の第二領域と、を含み、
   前記第一メサ部の幅は、前記第二メサ部の幅と異なり、
   前記第一コア層は、前記第二コア層にバットジョイント法により接続されており、
   前記第一クラッド層、前記第一コア層、前記第二コア層、及び前記第二クラッド層は、半導体材料からなり、
   前記埋め込み層は、絶縁性材料からなる、半導体集積素子。
2. 前記第一調整層は、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、及びａ−Ｓｉのうちのいずれかの材料から構成されている、請求項１に記載の半導体集積素子。
3. 前記第一調整層は、ＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、及びＡｌＩｎＡｓのうちのいずれかの半導体材料から構成されている、請求項１に記載の半導体集積素子。
4. 前記絶縁性材料は、ポリイミドまたはＢＣＢである請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体集積素子。
5. 前記第二半導体光素子は、第二調整層を更に有し、
   前記第二メサ部は、前記埋め込み層に埋め込まれ、
   前記第二調整層は、前記第二メサ部と前記埋め込み層との間に設けられ、
   前記第二調整層は、前記第二半導体光素子の一端から他端まで前記所定の軸方向に前記第二コア層の側面に接して延在し、
   前記第二調整層の屈折率は、前記第二コア層の屈折率より低く、前記埋め込み層の屈折率より高い、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体集積素子。
6. 前記第一半導体光素子は、前記第一調整層及び前記埋め込み層に挟まれた第三調整層を更に有し、
   前記第三調整層の屈折率は、前記第一調整層の屈折率より低く、前記埋め込み層の屈折率より高い、請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体集積素子。
7. 前記第二半導体光素子は、前記第二調整層及び前記埋め込み層に挟まれた第四調整層を更に有し、
   前記第四調整層の屈折率は、前記第二調整層の屈折率より低く、前記埋め込み層の屈折率より高い、請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体集積素子。
8. 前記第一半導体光素子及び前記第二半導体光素子の一方が発光素子である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体集積素子。
9. 前記第一半導体光素子及び前記第二半導体光素子の他方が電界吸収型光変調器である、請求項８に記載の半導体集積素子。

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