JP2011233828A - 半導体光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層の酸化を抑制でき、素子特性の劣化を防止することにより高信頼性で長寿命の半導体光素子および集積型半導体光素子を提供すること。
【解決手段】半導体レーザ１００の長さ方向Ｌの両端面に、長さ方向Ｌの中央に位置する部分の、下部ＳＣＨ層１１２、多重量子井戸活性層１１３、上部ＳＣＨ層１１４の代わりに、Ａｌを含まないＧａＩｎＡｓＰでなる、受動導波路層としてのコア層１２３が形成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、光通信等に用いられる、リッジ導波路構造を有する半導体光素子関するものである。

光通信システムにおいて、半導体光素子は無くてはならないものである。光通信における信号光源としての半導体発光素子や半導体光変調器には、ＩｎＰ基板上に形成されたＧａＩｎＡｓＰがその活性層材料として旧来多く用いられている。近年、低コスト化、低消費電力化のために半導体光素子には高温動作が求められており、そのためには高温特性が良いＩｎＰ基板上のＡｌＧａＩｎＡｓが半導体光素子の活性層材料として用いられている。

ＡｌＧａＩｎＡｓはその構成元素としてアルミニウム（Ａｌ）を含むために、空気中で酸化され易いという問題がある。活性層が酸化されることは、半導体光素子の特性および信頼性に深刻な影響を与えるため、非常に好ましくない。活性層をストライプ状に加工してその両脇に電流狭窄半導体層を形成する埋め込み導波路構造はＧａＩｎＡｓＰ活性層の場合によく用いられる。しかし、このような埋め込み導波路構造の活性層としてＡｌＧａＩｎＡｓを用いた場合、活性層を加工するための製造工程においてＡｌＧａＩｎＡｓの酸化を引き起こし易い。このため、ＡｌＧａＩｎＡｓを活性層材料として用いる場合には、活性層への加工を必要としないリッジ導波路構造が用いられる。

光通信システムの高度化に伴い、半導体光素子に複数の機能を集積することが求められる場合がある。この場合には、集積すべき要素に求められる特性を集積素子の各部で実現するため、複数の活性層または受動導波路層を、バットジョイント法などを用いて順次接続することがなされている（例えば、特許文献１および非特許文献１を参照）。

半導体光素子においては、劈開によって光入出力の端面を形成することが通常行われる。ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層を用いた半導体光素子では、劈開によって形成された端面でＡｌＧａＩｎＡｓ活性層が露出する。このため、端面付近でＡｌＧａＩｎＡｓが酸化するという問題あり、これによって半導体光素子の特性および信頼性に悪影響があった。このような問題に対して、劈開後に形成される端面にコーティングする材料を工夫して端面付近でのＡｌＧａＩｎＡｓの酸化を抑制する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−３２４９３６号公報 特開２００５−１７５１１１号公報

IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, VOL. 45, NO. 9, pp. 1201

しかしながら、上記のように、劈開された端面にＡｌＧａＩｎＡｓの酸化を抑制する材料をコーティングする方法では、劈開してから端面に材料をコーティングするまでの間の酸化を抑制することは難しい。また、このように端面にコーティングする材料が限定されると、それによって端面コーティングの光学的設計が限定され、所望の光反射特性を得ることが難しくなる。したがって、上記のように劈開端面に酸化を抑制する材料をコーティングする方法は、光学的設計上の観点からも利用しづらいものであった。

一般に、半導体レーザの端面を低反射化するために、端面付近で導波路となる層構造を除去し、その部分に透明な半導体材料を形成する窓構造と呼ばれる構造が用いられる。窓構造においても、層構造の除去後に形成される半導体材料がアルミニウム（Ａｌ）を含まないものであればＡｌＧａＩｎＡｓ活性層の端面酸化を抑制する効果は得ることができる。また、埋め込み導波路構造においては、導波路脇の埋め込みと端面の窓構造形成を同時に行うことで窓構造の形成を行うことが容易である。しかし、リッジ導波路構造において窓構造を形成しようとした場合、層構造の除去とリッジの形成を同時に行うことができない。層構造の除去は、鉛直方向の導波路構造が無くなることを意味するため、非点隔差を生じないために層構造を除去する場所においてはリッジの形成を行わないことが必要となる。しかし、これら２つの工程は同時に行えないため、その位置合わせ精度が作製上の問題となる。このため、特にＡｌＧａＩｎＡｓ活性層に好適なリッジ導波路構造においては窓構造の形成は難しく、この方法による端面酸化の抑制は難しかった。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層の酸化を抑制でき、素子特性の劣化を防止することにより高信頼性で長寿命の半導体光素子を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる半導体光素子は、半導体基板上に、前記半導体基板上に配置された下部クラッド層と、前記下部クラッド層上に配置されたコア層と、前記コア層上に配置された上部クラッド層と、を少なくとも有し、前記コア層は、アルミニウム（Ａｌ）を含む材料からなる活性層と、アルミニウムを含まない材料からなる受動導波路層とが光伝播方向に順次接続されてなり、光が入出力される端面における前記コア層は前記受動導波路層であることを特徴とする。

また、この発明にかかる半導体光素子は、上記の発明において、前記下部クラッド層および前記上部クラッド層は、アルミニウムを含まない材料からなることを特徴とする。

さらに、この発明にかかる半導体光素子は、上記の発明において、前記上部クラッド層の少なくとも一部がメサ状に突出していることを特徴とする。

また、この発明にかかる半導体光素子は、上記の発明において、前記アルミニウムを含む材料はＡｌＧａＩｎＡｓであり、前記アルミニウムを含まない材料はＧａＩｎＡｓＰであることを特徴とする。

さらに、この発明にかかる半導体光素子は、上記の発明において、前記半導体基板は、ＩｎＰでなることを特徴とする。

また、この発明にかかる半導体光素子は、上記の発明において、光が入出力される端面における前記受動導波路層の長さは、１００μｍ未満であることを特徴とする。

さらに、この発明にかかる半導体光素子は、上記の発明において、受動導波路による機能部分を含む集積型半導体光素子構造を有することを特徴とする。

この発明によれば、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層の酸化を抑制でき、素子特性の劣化を防止することにより高信頼性で長寿命の半導体光素子を実現できる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体レーザの平面図である。 図２は、本発明の実施の形態１に係る半導体レーザにおいて上面の電極を省略した状態を示す平面図である。 図３は、図１のIII−III断面図である。 図４は、図１のIV−IV断面図である。 図５は、図１のV−V断面図である。 図６−１は、本発明の実施の形態１に係る半導体レーザの製造工程におけるシリコン窒化膜のパターンを示す工程断面図である。 図６−２は、本発明の実施の形態１に係る半導体レーザの製造工程におけるシリコン窒化膜のパターンを示す工程平面図である。 図７は、本発明の実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法における活性層のエッチング工程を示す工程断面図である。 図８は、本発明の実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法におけるコア層の埋め込み工程を示す工程断面図である。 図９は、本発明の実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法におけるコア層の埋め込み工程の後に、上部クラッド層およびコンタクト層を積層する工程を示す工程断面図である。 図１０は、本発明の実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法におけるリッジ導波路とサポートメサとの間をエッチングする工程を示す工程断面図である。 図１１は、本発明の実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法におけるリッジ導波路とサポートメサとの間の凹部に平坦化ポリマーを埋め込む工程を示す工程断面図である。 図１２は、本発明の実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法における電極形成工程を示す工程断面図である。 図１３は、本発明の実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法における劈開工程を示す工程断面図である。 図１４は、本発明の実施の形態２に係る集積型半導体レーザ素子の平面図である。 図１５は、図１４のXV−XV線における断面図である。 図１６は、図１４のXVI−XVI線における断面図である。 図１７は、図１４のXVII−XVII線における断面図である。 図１８は、図１４のXVIII−XVIII線における断面図である。 図１９は、レーザストライプおよび半導体光増幅器のリッジ導波路より幅広のストライプでかつ端面付近を除くマスクパターンを示す平面図である。

以下に、本発明の各実施の形態にかかる半導体光素子について図面を参照して説明する。但し、図面は模式的なものであり、各層の厚みや厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。したがって、具体的な寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。

（実施の形態１）
図１〜１３は、本発明の実施の形態１に係る半導体光素子としての半導体レーザ１００を示している。なお、図１はこの実施の形態に係る半導体レーザの平面図、図２は電極を省略した半導体レーザの平面図である。

この実施の形態に係る半導体レーザ１００は、リッジ導波路構造を有している。図２に示すように、この半導体レーザ１００では、直線ストライプメサ状のリッジ導波路１０１が形成されており、その幅方向Ｗの両側に距離を隔ててこのリッジ導波路１０１を保護するためのサポートメサ１０２，１０３が形成されている。

図３は図１のIII−III線における断面図、図４は図１の長さ方向Ｌに平行なIV−IV線における断面図、図５は図１のV−V線における断面図である。図３に示すように、半導体レーザ１００の層構造は、ｎ−ＩｎＰ基板１１０上に、順次、下部クラッド層であるｎ−ＩｎＰバッファ層１１１、ＡｌＧａＩｎＡｓでなる下部ＳＣＨ（Separate Confinement Hetero）層１１２、波長１．５５μｍに利得帯域を有するＡｌＧａＩｎＡｓでなる多重量子井戸活性層１１３、ＡｌＧａＩｎＡｓでなる上部ＳＣＨ層１１４、上部クラッド層の一部である、ｐ−ＩｎＰでなるスペーサ層１１５、ＧａＩｎＡｓＰでなるエッチングストップ層１１６、メサ形成されるｐ−ＩｎＰでなるクラッド層１１７およびｐ−ＧａＩｎＡｓでなるコンタクト層１１８を積層したものである。

図３に示すように、この半導体レーザ１００においては、メサ形成された層構造の上にリッジ導波路以外への電流を阻止する絶縁膜１１９、平坦化ポリマー１２０、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕでなるｐ側電極１２１が形成されている。また、半導体レーザ１００の裏面には、ＡｕＧｅＮｉでなるｎ側電極１２２が形成されている。

図４および図５に示すように、半導体レーザ１００の長さ方向Ｌの両端面では、長さ方向Ｌの中央に位置する部分の、下部ＳＣＨ層１１２、多重量子井戸活性層１１３、上部ＳＣＨ層１１４の代わりに、Ａｌを含まないＧａＩｎＡｓＰでなる、受動導波路層としてのコア層１２３が形成されている。なお、多重量子井戸活性層１１３の利得が波長１．５５μｍ帯である場合、コア層１２３の組成は、波長１．５５μｍの光に対して透明な、例えばバンドギャップ波長１．３μｍとなるような組成のものが選ばれる。

半導体レーザ１００の端面付近のコア層１２３の長さ方向Ｌの長さは、劈開の位置精度に対して充分な長さであれば良く、数１０μｍで足りる。ここで、端面付近のコア層１２３の長さが長すぎると素子が大きくなり、１枚のウェハから取れる素子の数が少なくなる。このため、コア層１２３の部分の長さは劈開の位置精度より大きい範囲でなるべく小さい値、具体的には１００μｍ未満になるように設計することが好ましい。

次に、本実施の形態に係る半導体レーザ１００の作製方法を説明する。
まず、図６−１に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板１１０上にＭＯＣＶＤ(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法などによって下部クラッド層であるｎ−ＩｎＰバッファ層１１１、ＡｌＧａＩｎＡｓでなる下部ＳＣＨ層１１２、ＡｌＧａＩｎＡｓでなる多重量子井戸活性層１１３、ＡｌＧａＩｎＡｓでなる上部ＳＣＨ層１１４、上部クラッド層の一部であるｐ−ＩｎＰでなるスペーサ層１１５、ｐ−ＧａＩｎＡｓＰでなるエッチングストップ層１１６、ｐ−ＩｎＰでなるクラッド層１１７の一部をなすクラッド層１１７Ａをこの順に積層する。そして、全面にシリコン窒化膜（ＳｉＮ_ｘ）１２７を堆積した後、フォトリソグラフィーによってリッジ導波路より幅広のストライプでかつ端面付近を除くように、図６−１（断面パターン）および図６−２（平面パターン）に示すようなパターンになるようにパターニングを行う。

次に、図７に示すように、パターニングされたシリコン窒化膜１２７をエッチングマスクとして用いてエッチングを行い、ｐ−ＩｎＰでなるクラッド層１１７Ａ、エッチングストップ層１１６、スペーサ層１１５、および下部ＳＣＨ層１１２までの活性層（能動導波路層）としての積層構造を除去し、ｎ−ＩｎＰバッファ層１１１を露出させる。図７に示すように、このエッチングにより形成され、長さ方向Ｌに沿って並ぶシリコン窒化膜１２７同士の間の凹部１２８の長さｌは２０μｍ以上２００μｍ未満となるように設定されている。

次に、上記凹部１２８内にコア層の埋め込みを行う。すなわち、図８に示すように、シリコン窒化膜１２７のマスクをそのまま選択成長のマスクとして用いて、ＭＯＣＶＤ法により、i-ＩｎＧａＡｓＰコア層１２３、ｉ-ＩｎＰ層１２４、ｉ−ＧａＩｎＡｓＰでなるエッチングストップ層１２５、ｉ−ＩｎＰ層１２６をバットジョイント成長する。なお、ｉ-ＩｎＰ層１２４、エッチングストップ層１２５、ｉ−ＩｎＰ層１２６は、導電型がｐ型となるようなドープ層であっても良いが、価電子帯間吸収による損失を低減する観点からはノンドープであることが好ましい。

次に、図９に示すように、シリコン窒化膜１２７のマスクを除去し、ｐ−ＩｎＰクラッド層１１７Ａの上全面に、クラッド層１１７の残りの部分であるｐ−ＩｎＰクラッド層１１７Ｂ、およびｐ−ＧａＩｎＡｓＰコンタクト層１１８をこの順に積層する。

次に、ｐ−ＧａＩｎＡｓＰコンタクト層１１８の上に、全面に亘ってシリコン窒化膜１２９を堆積した後、フォトリソグラフィー技術を用いてパターニングを行う。図１０に示すように、パターニングされたシリコン窒化膜１２９をエッチングマスクとして用いて、リッジ導波路１０１とサポートメサ１０２および１０３の間に相当する部分のエッチングを公知のエッチング方法を用いて行う。この際、エッチングはＧａＩｎＡｓＰでなるエッチングストップ層１１６に達するまで行われる。

続いて、シリコン窒化膜１２９を除去した後、または除去しない状態で、図１１に示すように、全面にシリコン窒化膜でなる絶縁膜１１９を堆積した後、平坦化ポリマー１２０をスピンコートし、フォトリソグラフィーによって平坦化ポリマー１２０をパターニングしてリッジ導波路１０１とサポートメサ１０２および１０３の間に相当する部分のみに残す。そして、平坦化ポリマー１２０を硬化させた後、電極を形成する部分のみ絶縁膜１１９を除去する。その後、図１２に示すように、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕでなるｐ側電極１２１を形成する。さらに、ｎ−ＩｎＰ基板１１０を所望の厚さになるように研磨した後、裏面の全面にＡｕＧｅＮｉでなるｎ側電極１２２を形成する。

最後に、図１３に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板１１０を、半導体レーザ１００が幅方向Ｗ（図２参照）に複数並んだバー状となるように図１３の一点鎖線で示す箇所（ＧａＩｎＡｓでなるコア層１２３を設けた部分）で劈開し、両端面に所望の反射率を得るコーティングをコートしたのち、半導体レーザ１００が複数並んだバー状のものを、それぞれの半導体レーザ１００毎に分離することにより、半導体レーザ１００の製造は完了する。

本実施の形態に係る半導体レーザ１００では、端面にＡｌＧａＩｎＡｓが露出しないためにＡｌＧａＩｎＡｓの酸化が起こらない。したがって、本実施の形態では、素子特性の劣化を防止することにより高信頼性で長寿命の半導体光素子を得ることができる。

なお、本実施の形態の半導体レーザ１００に対して、端面付近へのバットジョイント成長時にi-ＩｎＧａＡｓＰコア層１２３を形成せず単にＩｎＰのみを形成した窓構造のものに比べると、本実施の形態の半導体レーザ１００では積層方向の導波路構造であるために端面付近での光の拡散が無く、余分な光損失が起こりにくいという利点がある。また、リッジ導波路におけるコア層１２３を設けた部分は、積層方向に導波路構造を有するため、非点隔差を生じないという点で有利である。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係る半導体光素子としての、集積型半導体レーザ素子について説明する。図１４は、この実施の形態の集積型半導体レーザ素子１３０の平面図である。

図１４に示すように、本実施の形態１に係る集積型半導体レーザ素子１３０は、複数のＤＦＢ（Distributed Feedback）型のレーザストライプ１３１−１〜１３１−ｎ（ｎは２以上の整数）と、複数の光導波路１３２−１〜１３２−ｎと、多モード干渉型（Multi Mode Interferometer：ＭＭＩ）光合流器１３３と、半導体光増幅器１３４とを一つの半導体基板上に集積した構造を有する。

レーザストライプ１３１−１〜１３１−ｎは、各々が幅２μｍ、長さ６００μｍのストライプ状のリッジ導波路構造を有する端面発光型レーザであり、集積型半導体レーザ素子１３０の一端において幅方向Ｗに例えば２５μｍピッチで形成されている。レーザストライプ１３１−１〜１３１−ｎは、各レーザストライプに備えられた回折格子の間隔を互いに異ならせることにより、出力光の波長が１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍの範囲で相違するように構成されている。また、レーザストライプ１３１−１〜１３１−ｎのレーザ発振波長は、集積型半導体レーザ素子１３０の設定温度を変化させることにより調整することができる。すなわち、集積型半導体レーザ素子１３０は、駆動するレーザストライプ１３１−１〜１３１−ｎの切り替えと温度制御により、広い波長可変範囲を実現している。

ＭＭＩ光合流器１３３は集積型半導体レーザ素子１３０の中央部付近に形成されている。また、光導波路１３２−１〜１３２−ｎはレーザストライプ１３１−１〜１３１−ｎとＭＭＩ光合流器１３３との間に形成されており、レーザストライプ１３１−１〜１３１−ｎとＭＭＩ光合流器１３３とを光学的に接続する。半導体光増幅器１３４は、集積型半導体レーザ素子１３０のレーザストライプ１３１−１〜１３１−ｎとは反対側の一端側に形成されている。

次に、この集積型半導体レーザ素子１３０の動作を説明する。まず、レーザストライプ１３１−１〜１３１−ｎの中から選択した１つのレーザストライプを駆動する。次に、複数の光導波路１３２−１〜１３２−ｎのうち駆動するレーザストライプ１３１−１〜１３１−ｎのいずれかと光学的に接続している光導波路１３２−１〜１３２−ｎのいずれかは、駆動するレーザストライプからの出力光を導波する。ＭＭＩ光合流器１３３は、光導波路１３２−１〜１３２−ｎを導波した光を通過させて出力ポートから出力する。半導体光増幅器１３４は、ＭＭＩ光合流器１３３から出力した光を増幅して出力端から出力する。この半導体光増幅器１３４は、駆動するレーザストライプ１３１−１〜１３１−ｎからの出力光のＭＭＩ光合流器１３３による光の損失を補い、出力端から所望の強度の光出力を得るために用いられる。

図１５は図１４のXV−XV線における断面図、図１６は図１４のXVI−XVI線における断面図、図１７は図１４のXVII−XVII線における断面図、図１８は図１４のXVIII−XVIII線における断面図である。なお、図１４のＡ−Ａ線における断面図とＢ−Ｂ線における断面図は、図１７に示す断面図と略同一である。

図１６に示すように、半導体の層構造は、ｎ−ＩｎＰ基板１４０上に、順次、下部クラッド層であるｎ−ＩｎＰでなるバッファ層１４１、ＡｌＧａＩｎＡｓでなる下部ＳＣＨ層１４２、波長１.５５μｍに利得帯域を有するＡｌＧａＩｎＡｓでなる多重量子井戸活性層１４３、ＡｌＧａＩｎＡｓでなる上部ＳＣＨ層１４４、上部クラッド層の一部であるｐ−ＩｎＰでなるスペーサ層１４５、ＧａＩｎＡｓＰでなるエッチングストップ層１４６、メサ形成されるｐ−ＩｎＰでなるクラッド層１４７およびｐ−ＧａＩｎＡｓでなるコンタクト層１４８を積層したものである。

また、集積型半導体レーザ素子１３０では、図１６に示すように、メサ形成された層構造の上にリッジ導波路以外への電流を阻止する絶縁膜１４９、平坦化のためのポリマー１５０、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕでなるｐ側電極１５１が形成されている。また、裏面にはＡｕＧｅＮｉのｎ側電極１５２が形成されている。

光導波路１３２−１〜１３２−ｎにおいては、ＡｌＧａＩｎＡｓでなる下部ＳＣＨ層１４２、ＡｌＧａＩｎＡｓでなる多重量子井戸活性層１４３、ＡｌＧａＩｎＡｓでなる上部ＳＣＨ層１４４の代わりに、Ａｌを含まないＧａＩｎＡｓＰでなる、受動導波路層としてのコア層１５３が形成されている（図１７参照）。ここで多重量子井戸層１４３の利得が波長１.５５μｍ帯である場合、ＧａＩｎＡｓＰでなるコア層１５３の組成は波長１.５５μｍの光に対して透明な、例えばバンドギャップ波長１.３μｍとなるものが選ばれる。端面付近のＧａＩｎＡｓＰでなるコア１５３の長さは、酸化防止の観点からは数１００ｎｍあればよい。設計上は作製精度に応じて決定するが、工程の中で誤差の大きい劈開の位置精度に対して充分な長さであれば良く、１００μｍ未満で足りる。

図１８に示すように、図１６で示した断面においてリッジ導波路を構成するｐ−ＩｎＰでなるクラッド層１４７中にグレーティング層１５８が含まれる。

次に、本実施の形態２に係る集積型半導体レーザ素子１３０の製造方法について説明する。

まず、ｎ−ＩｎＰ基板１４０上に、順次、ＭＯＣＶＤ法などによって下部クラッド層であるｎ−ＩｎＰでなるバッファ層１４１、ＡｌＧａＩｎＡｓでなる下部ＳＣＨ層１４２、ＡｌＧａＩｎＡｓでなる多重量子井戸活性層１４３、ＡｌＧａＩｎＡｓでなる上部ＳＣＨ層１４４、上部クラッド層の一部であるｐ−ＩｎＰでなるスペーサ層１４５、ｐ−ＧａＩｎＡｓＰでなるエッチングストップ層１４６、ＧａＩｎＡｓＰでなるグレーティング層１５８を含むｐ−ＩｎＰでなるクラッド層１４７の一部（図中符号１４７Ａで示す。）を積層する。

次に、全面にシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を堆積した後、レーザストライプ１３１−１〜１３１−ｎのそれぞれを形成する位置に、互いに周期の異なる回折格子のパターンになるようにパターンニングを施す。そして、シリコン窒化膜をマスクとしてエッチングして、ＧａＩｎＡｓＰでなるグレーティング層１５８に回折格子を形成するとともに、その他の領域のＧａＩｎＡｓＰでなるグレーティング層１５８を全て取り除く。

次に、シリコン窒化膜のマスクを除去した後に、ｐ−ＩｎＰでなるクラッド層１４７Ａを再び堆積する。

その後、全面にシリコン窒化膜を堆積した後、図１９に示すように、フォトリソグラフィー技術によってレーザストライプ１３１−１〜１３１−ｎおよび半導体光増幅器１３４のリッジ導波路より幅広のストライプでかつ端面付近を除くパターン１６１−１〜１６１−ｎおよび１６２になるようにパターニングを行う。パターニングされたシリコン窒化膜をエッチングマスクとして用いてエッチングを行い、ｐ−ＩｎＰクラッド層１４７の一部よりＡｌＧａＩｎＡｓでなる下部ＳＣＨ層１４２までを除去する。

次に、シリコン窒化膜のマスクをそのまま選択成長のマスクとして、ＭＯＣＶＤ法により、ｉ-ＩｎＧａＡｓＰでなるコア層１５３、ｉ-ＩｎＰ層１５４、ｉ−ＧａＩｎＡｓＰでなるエッチングストップ層１５５、ｉ−ＩｎＰ層１５６をバットジョイント成長する。なお、ｉ-ＩｎＰ層１５４、ｉ−ＧａＩｎＡｓＰでなるエッチングストップ層１５５、ｉ−ＩｎＰ層１５６は導電型がｐ型となるようにｐドープであっても良いが、価電子帯間吸収による損失を低減する観点からはノンドープであることが好ましい。

その後、シリコン窒化膜のマスクを除去し、全面にｐ−ＩｎＰでなるクラッド層１４７の残りの部分１４７Ｂおよびｐ−ＧａＩｎＡｓでなるコンタクト層１４８をこの順に積層する。

次に、全面にシリコン窒化膜を堆積した後、フォトリソグラフィー技術によってパターニングを行う。パターニングされたシリコン窒化膜をエッチングマスクとして用いて、レーザストライプ１３１−１〜１３１−ｎ、光導波路１３２−１〜１３２−ｎ、ＭＭＩ光合流器１３３、半導体光増幅器１３４とサポートメサ(図示しない)の間に相当する部分のエッチングを公知のエッチング方法を用いて行う。この際のエッチングはＧａＩｎＡｓＰでなるエッチングストップ層１４６に達するまで行われる。

続いて、全面にシリコン窒化膜でなる絶縁膜１４９を堆積した後、平坦化ポリマー１５０をスピンコートし、フォトリソグラフィー技術によってパターニングしてレーザストライプ１３１−１〜１３１−ｎ、光導波路１３２−１〜１３２−ｎ、ＭＭＩ光合流器１３３、半導体光増幅器１３４とサポートメサ(図示しない)の間に相当する部分のみに残す。平坦化ポリマー１５０を硬化させた後、電極を形成する部分のみ絶縁膜１４９を除去する。その後、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕでなるｐ側電極１５１を形成する。さらに、ｎ−ＩｎＰ基板１４０を所望の厚さになるように研磨した後、裏面の全面にＡｕＧｅＮｉでなるｎ側電極１５２を形成する。

最後に、ｎ−ＩｎＰ基板１４０を、集積型半導体レーザ素子１３０が複数並んだバー状に劈開し、両端面に低反射コーティングをコートしたのち、集積型半導体レーザ素子１３０毎に分離することにより、集積型半導体レーザ素子１３０の製造が完成する。

本実施の形態２に係る集積型半導体レーザ素子１３０においては、端面にＡｌＧａＩｎＡｓが露出しないためにＡｌＧａＩｎＡｓの酸化が起こらないという利点が得られる。また、本実施の形態２のように受動導波路による機能部分を含む集積型半導体レーザ素子１３０では、端面付近に受動導波路を形成することによる工程数の増加が無いため、特に本発明の実施の形態としては好適である。

（その他の実施の形態）
以上、この発明の実施の形態について説明したが、上記の実施の形態１および２の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものではない。この開示から当業者に様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。

例えば、上記実施の形態１および２では、受動導波路層の材料として、ＧａＩｎＡｓＰを用いたが、導波路の形成が可能な、アルミニウムを含まない他の材料を適用してもよい。

また、上記実施の形態１および２では、半導体レーザ素子１００および集積型半導体光素子構造を有する集積型半導体レーザ素子１３０に本発明を適用した説明したが、コア層が、アルミニウム（Ａｌ）を含む材料からなる活性層と、受動導波路層とが光伝播方向に順次接続された構造を有する他の半導体光素子にも適用することができる。

１００ 半導体レーザ
１０１ リッジ導波路
１０２ サポートメサ
１１０ ＩｎＰ基板
１１１ ＩｎＰバッファ層
１１２ 下部ＳＣＨ層
１１３ 多重量子井戸活性層
１１４ 上部ＳＣＨ層
１１５ スペーサ層
１１６ エッチングストップ層
１１７ クラッド層
１１７Ａ ＩｎＰクラッド層
１１７Ｂ ＩｎＰクラッド層
１１８ コンタクト層
１１９ 絶縁膜
１２０ 平坦化ポリマー
１２１ ｐ側電極
１２２ ｎ側電極
１２３ コア層
１２４ ＩｎＰ層
１２５ エッチングストップ層
１２６ ＩｎＰ層
１２７，１２９ シリコン窒化膜
１３０ 集積型半導体レーザ素子
１３１ レーザストライプ
１３２ 光導波路
１３３ ＭＭＩ光合流器
１３４ 半導体光増幅器
１４０ ＩｎＰ基板
１４１ バッファ層
１４２ 下部ＳＣＨ層
１４３ 多重量子井戸活性層
１４４ 上部ＳＣＨ層
１４５ スペーサ層
１４６ エッチングストップ層
１４７ クラッド層
１４８ コンタクト層
１４９ 絶縁膜
１５０ 平坦化ポリマー
１５１ ｐ側電極
１５２ ｎ側電極
１５３ コア層
１５４ ＩｎＰ層
１５５ エッチングストップ層
１５６ ＩｎＰ層
１５８ グレーティング層

Claims (7)

1. 半導体基板上に、前記半導体基板上に配置された下部クラッド層と、前記下部クラッド層上に配置されたコア層と、前記コア層上に配置された上部クラッド層と、を少なくとも有する半導体光素子であって、
   前記コア層は、アルミニウム（Ａｌ）を含む材料からなる活性層と、アルミニウムを含まない材料からなる受動導波路層とが光伝播方向に順次接続されてなり、光が入出力される端面における前記コア層は前記受動導波路層であることを特徴とする半導体光素子。
2. 前記下部クラッド層および前記上部クラッド層は、アルミニウムを含まない材料からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体光素子。
3. 前記上部クラッド層の少なくとも一部がメサ状に突出していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体光素子。
4. 前記アルミニウムを含む材料はＡｌＧａＩｎＡｓであり、前記アルミニウムを含まない材料はＧａＩｎＡｓＰであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の半導体光素子。
5. 前記半導体基板は、ＩｎＰであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の半導体光素子。
6. 光が入出力される端面における前記受動導波路層の長さは、１００μｍ未満であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の半導体光素子。
7. 受動導波路による機能部分を含む集積型半導体光素子構造を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の半導体光素子。

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