JP7444622B2 - 光半導体素子および集積型半導体レーザ - Google Patents

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Description

本発明は、光半導体素子および集積型半導体レーザに関する。
従来、メサ上に、ヒータとして機能する電気抵抗層と、当該電気抵抗層に給電する配線層と、を備えた光半導体素子が知られている（特許文献１）。
特開２０１７－１６３０８１号公報
特許文献１のような構成にあっては、電気抵抗層のエッジにバリができる場合があった。その場合、当該エッジを跨ぐ配線層を形成する際に、当該バリによって当該エッジ上では配線層が所期の形状に形成されず、ひいては配線層の電気抵抗が大きくなってしまう虞があった。
そこで、本発明の課題の一つは、例えば、メサ上に、電気抵抗層と、配線層と、を備えた光半導体素子において、電気抵抗層のエッジに生じたバリによる影響を受け難い配線層を得ること、である。
本発明の光半導体素子は、例えば、ベース面を有したベースと、前記ベース面から当該ベース面と交差した第一方向に突出し、前記ベース面に沿って延びたメサと、前記メサ内に設けられるかまたは前記ベース内に少なくとも前記メサと前記第一方向に重なる部位を有するように設けられた光導波層と、前記メサ上に設けられた第一部位と、当該第一部位から前記メサの延び方向と交差して延びた第一延部と、を有した電気抵抗層と、前記電気抵抗層と電気的に接続され、前記第一部位を部分的に覆う第二部位と、前記第一延部を少なくとも部分的に覆い前記第二部位から前記メサの延び方向と交差して延びた第二延部と、を有した配線層と、を備え、前記第二延部の、前記第一延部と重なる位置に、配線と電気的に接続される接続部位が設けられる。
また、前記光半導体素子では、例えば、前記第一延部の第一エッジと、前記第二延部の第二エッジとが重なる。
また、前記光半導体素子では、例えば、前記第一延部は、少なくとも部分的に前記第二延部の第二エッジよりも外側に張り出す。
また、本発明の光半導体素子は、例えば、ベース面を有したベースと、前記ベース面から当該ベース面と交差した第一方向に突出し、前記ベース面に沿って延びたメサと、前記メサ内に設けられるかまたは前記ベース内に少なくとも前記メサと前記第一方向に重なる部位を有するように設けられた光導波層と、前記メサ上に設けられた第一部位と、当該第一部位から前記メサの延び方向と交差して延びた第一延部と、を有した電気抵抗層と、前記電気抵抗層と電気的に接続され、前記第一部位を部分的に覆う第二部位と、前記第一延部を少なくとも部分的に覆い前記第二部位から前記メサの延び方向と交差して延びた第二延部と、を有した配線層と、を備え、前記第二延部は、前記第一延部よりも幅が大きくかつ当該第一延部と重なった第三部位と、前記第二部位から離れた位置で配線と電気的に接続される接続部位と、を有する。
また、前記光半導体素子では、例えば、前記第二延部は、前記第一延部の第一エッジよりも前記第二延部の幅方向外側および前記第二延部の延び方向外側に張り出した張出部位を有する。
また、前記光半導体素子では、例えば、前記電気抵抗層の電気抵抗率は、前記配線層の電気抵抗率よりも大きい。
また、前記光半導体素子では、例えば、前記メサと隣接してトレンチが設けられ、前記トレンチを埋める埋込層を備える。
また、前記光半導体素子では、例えば、前記光導波層と隣接した部位よりも熱伝導率が低い高熱抵抗層が設けられる。
また、前記光半導体素子では、例えば、前記高熱抵抗層は、空隙である。
また、前記光半導体素子では、例えば、前記高熱抵抗層は、半導体材料で作られる。
また、本発明の集積型半導体レーザは、例えば、いずれか一つの前記光半導体素子を備える。
本発明によれば、例えば、メサ上に、電気抵抗層と、配線層と、を備えた光半導体素子において、配線層をより精度良く形成することができる。
図１は、第１実施形態の光半導体素子の、一部の断面を含む例示的かつ模式的な斜視図である。 図２は、図１のII－II断面図である。 図３は、第１実施形態の光半導体素子の一部から配線層が取り除かれた状態を示す例示的かつ模式的な平面図である。 図４は、第１実施形態の光半導体素子の一部の例示的かつ模式的な平面図である。 図５は、実施形態の第１変形例の光半導体素子の、図２と同等位置での断面図である。 図６は、実施形態の第２変形例の光半導体素子の、図２と同等位置での断面図である。 図７は、実施形態の第３変形例の光半導体素子の、一部の断面を含む例示的かつ模式的な斜視図である。 図８は、実施形態の第４変形例の光半導体素子の、一部の断面を含む例示的かつ模式的な斜視図である。 図９は、図８のIX－IX断面図である。 図１０は、実施形態の第５変形例の光半導体素子の、一部の断面を含む例示的かつ模式的な斜視図である。 図１１は、実施形態の第６変形例の光半導体素子の、一部の断面を含む例示的かつ模式的な斜視図である。 図１２は、実施形態の第７変形例の光半導体素子の、一部の断面を含む例示的かつ模式的な斜視図である。 図１３は、実施形態の第８変形例の光半導体素子の一部の、図４と同等位置での平面図である。 図１４は、実施形態の第９変形例の光半導体素子の一部の、図４と同等位置での平面図である。 図１５は、実施形態の第１０変形例の光半導体素子の一部の、図４と同等位置での平面図である。 図１６は、第２実施形態の光半導体素子を有した集積型半導体レーザの斜視図である。 図１７は、ＤＢＲに適用された第２実施形態の光半導体素子の、一部の断面を含む例示的かつ模式的な斜視図である。 図１８は、リング共振器に適用された第２実施形態の光半導体素子の、一部の断面を含む例示的かつ模式的な斜視図である。
以下、本発明の例示的な実施形態および変形例が開示される。以下に示される実施形態および変形例の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および結果（効果）は、一例である。本発明は、以下の実施形態および変形例に開示される構成以外によっても実現可能である。また、本発明によれば、構成によって得られる種々の効果（派生的な効果も含む）のうち少なくとも一つを得ることが可能である。
以下に示される実施形態および変形例は、同様の構成を備えている。よって、各実施形態および変形例の構成によれば、当該同様の構成に基づく同様の作用および効果が得られる。また、以下では、それら同様の構成には同様の符号が付与されるとともに、重複する説明が省略される場合がある。
本明細書において、序数は、部品や部位等を区別するために便宜上付与されており、優先順位や順番を示すものではない。
また、各図において、Ｘ方向を矢印Ｘで表し、Ｙ方向を矢印Ｙで表し、Ｚ方向を矢印Ｚで表す。Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向は、互いに交差するとともに互いに直交している。なお、Ｘ方向は、長手方向あるいは延び方向とも称され、Ｙ方向は、短手方向、幅方向、あるいは厚さ方向とも称され、Ｚ方向は、高さ方向あるいは突出方向とも称されうる。
［第１実施形態］
図１は、本実施形態の光半導体素子１０Ａの一部の断面を含む斜視図である。図１には、斜視形状とともに、Ｘ方向と直交する断面と、Ｙ方向と直交する断面とが、示されている。また、図２は、図１のII－II断面図である。
図１，２に示されるように、光半導体素子１０Ａは、基板１１と、メサ１２と、光導波層１３と、積層部１４と、電気抵抗層１５と、配線層１６と、を備えている。
基板１１は、半導体基板である。基板１１は、Ｚ方向と交差して広がっている。本実施形態では、基板１１は、Ｘ方向およびＹ方向に延びるとともに、Ｚ方向と直交している。また、基板１１は、ベース面１１ａを有している。ベース面１１ａは、平面状の形状を有し、Ｚ方向と交差して広がっている。本実施形態では、ベース面１１ａは、Ｘ方向およびＹ方向に延びるとともに、Ｚ方向と直交している。基板１１は、ベースの一例である。ベース面１１ａは、表面とも称されうる。
基板１１は、例えば、ｎ型のインジウムリン（ＩｎＰ）で作られうる。
メサ１２は、基板１１のベース面１１ａから、Ｙ方向に略一定の幅で、Ｚ方向に突出している。また、メサ１２は、Ｚ方向に略一定の高さで、Ｘ方向に延びている。すなわち、メサ１２は、ベース面１１ａ上に突出した壁のような形状を有している。なお、メサ１２は、ベース面１１ａに沿って屈曲しながら延びてもよい。また、メサ１２の幅は、Ｚ方向、すなわち高さ方向に沿って変化してもよいし、Ｘ方向、すなわち延び方向に沿って変化してもよい。Ｚ方向は、第一方向の一例である。
メサ１２は、頂面１２ａと、二つの側面１２ｂと、を有している。
頂面１２ａは、Ｚ方向と交差して広がっている。本実施形態では、頂面１２ａは、Ｘ方向およびＹ方向に延びるとともに、Ｚ方向と直交している。頂面１２ａは、ベース面１１ａと略平行である。また、頂面１２ａは、Ｙ方向に略一定の幅で、Ｘ方向に延びている。なお、頂面１２ａは、屈曲しながらベース面１１ａと略平行に延びてもよい。また、頂面１２ａの幅は、メサ１２の延び方向に沿って変化してもよい。
側面１２ｂは、Ｚ方向に沿い、Ｚ方向に延びている。また、側面１２ｂは、Ｚ方向に略一定の幅で、Ｘ方向に延びている。なお、側面１２ｂは、屈曲しながらベース面１１ａに沿って延びてもよい。
メサ１２内には、光導波層１３が、設けられている。光導波層１３は、メサ１２の根元と頂面１２ａとの間に位置されている。光導波層１３は、Ｙ方向に略一定の幅およびＺ方向に略一定の高さで、Ｘ方向に延びている。なお、光導波層１３は、メサ１２とともに屈曲しながらベース面１１ａと略平行に延びてもよい。
本実施形態では、光導波層１３の幅は、メサ１２の幅よりも小さく、光導波層１３の周囲は、メサ１２（クラッド層１２ｃ）によって覆われている。
積層部１４は、基板１１上にＺ方向に突出している。積層部１４は、頂面１４ａと、側面１４ｂと、を有している。
頂面１４ａは、Ｚ方向と交差して広がっている。本実施形態では、頂面１４ａは、Ｘ方向およびＹ方向に延びるとともに、Ｚ方向と直交している。頂面１４ａは、ベース面１１ａと略平行である。
側面１４ｂは、Ｚ方向に沿い、Ｚ方向に延びている。また、側面１４ｂは、Ｚ方向に略一定の幅で、Ｘ方向に延びている。なお、側面１４ｂは、屈曲しながらベース面１１ａに沿って延びてもよい。
光半導体素子１０Ａには、メサ１２および積層部１４と隣接して、トレンチ１０ａが設けられている。
光導波層１３を含むメサ１２および積層部１４は、公知の半導体製造プロセスによって作られうる。メサ１２のうち光導波層１３を除く部位は、当該光導波層１３に対するクラッド層１２ｃとして機能する。クラッド層１２ｃは、光導波層１３の材質よりも屈折率が低い材質によって作られうる。例えば、光導波層１３が導波する光の波長が１．５５μｍである場合、クラッド層１２ｃはＩｎＰで作られ、光導波層１３はＩｎＧａＡｓＰによって作られうる。なお、クラッド層１２ｃおよび光導波層１３の材質は、この例には限定されず、光導波層１３が導波する光の波長に応じて適宜に設定されうる。また、積層部１４は、半導体材料によって作られうる。
基板１１のベース面１１ａ、メサ１２の頂面１２ａおよび側面１２ｂ、積層部１４の頂面１４ａおよび側面１４ｂは、誘電体層（不図示）で覆われてもよい。この場合、誘電体層は、各面上に、略一定の厚さで形成されている。誘電体層は、絶縁性を有している。誘電体層は、例えば、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）や、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）によって作られうる。
図３は、光半導体素子１０Ａの一部から配線層１６が取り除かれた状態を示す平面図である。図１～３に示されるように、本実施形態では、メサ１２の頂面１２ａから積層部１４の頂面１４ａにかけて、トレンチ１０ａを跨ぐように電気抵抗層１５が設けられている。
電気抵抗層１５は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）およびクロム（Ｃｒ）を主成分とする合金のような、通電によって発熱する材料で作られうる。電気抵抗層１５は、メサ１２の延び方向（本実施形態ではＸ方向）に互いに離間した二つの配線層１６から供給された電力により、発熱する。電気抵抗層１５において、電流は、メサ１２の延び方向に沿って流れる。電気抵抗層１５は、ヒータとも称されうる。
図１，３に示されるように、電気抵抗層１５は、メサ１２上に設けられた第一部位１５ａと、第一部位１５ａから積層部１４に向けて延びた第一延部１５ｂと、を有している。
第一部位１５ａは、メサ１２の頂面１２ａ上で、メサ１２の延び方向、すなわち本実施形態ではＸ方向に、延びている。第一部位１５ａは、四角形状かつ板状の形状を有している。また、第一部位１５ａは、メサ１２の頂面１２ａに沿って延びた帯状の形状を有している。
第一延部１５ｂは、第一部位１５ａの延び方向の端部から、メサ１２の延び方向と交差して延びている。本実施形態では、メサ１２の頂面１２ａと、積層部１４の頂面１４ａとは面一であり、第一延部１５ｂは、第一部位１５ａからメサ１２の幅方向、すなわち本実施形態ではＹ方向に、延びている。
図３に示されるように、第一延部１５ｂは、幅狭部位１５ｂ１と、幅広部位１５ｂ２と、を有している。幅狭部位１５ｂ１は、四角形状かつ板状の形状を有し、第一部位１５ａから略一定の幅で延びている。幅広部位１５ｂ２は、幅狭部位１５ｂ１の第一部位１５ａとは反対側の端部に位置され、幅狭部位１５ｂ１よりも広い幅を有している。幅狭部位１５ｂ１の幅はＷ１であり、幅広部位１５ｂ２の幅はＷ２（＞Ｗ１）である。本実施形態では、幅狭部位１５ｂ１の幅Ｗ１は略一定であるため、第一延部１５ｂの、第一部位１５ａとの境界部位１５ｃにおける幅もＷ１である。すなわち、幅広部位１５ｂ２の幅Ｗ２は、境界部位１５ｃの幅Ｗ１よりも大きい。幅広部位１５ｂ２は、四角形状かつ板状の形状を有している。一例として、本実施形態では、幅狭部位１５ｂ１は、長方形状の形状を有し、幅広部位１５ｂ２は、正方形状の形状を有している。
図４は、光半導体素子１０Ａの一部の平面図である。図１，２，４に示されるように、本実施形態では、電気抵抗層１５の第一部位１５ａから第一延部１５ｂの幅広部位１５ｂ２にかけて、トレンチ１０ａを跨ぐように配線層１６が設けられている。配線層１６は、電気抵抗層１５に対してメサ１２および積層部１４の反対側に隣接している。配線層１６は、電気抵抗層１５とＺ方向に重なるとともに、電気抵抗層１５に沿って延びている。
配線層１６は、例えば、チタン（Ｔｉ）や、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）のような、導電性を有する材料で作られうる。配線層１６は、電気抵抗層１５に電力を供給する経路となる。電気抵抗層１５の電気抵抗率は、配線層１６の電気抵抗率よりも大きい。
図１，４に示されるように、配線層１６は、メサ１２上に設けられた第二部位１６ａと、第二部位１６ａから積層部１４に向けて延びた第二延部１６ｂと、を有している。
図１，２を参照し、かつ図３と図４とを比較すれば明らかとなるように、第二部位１６ａは、電気抵抗層１５の第一部位１５ａの端部を部分的に覆っている。また、第二延部１６ｂは、Ｚ方向に見て電気抵抗層１５の第一延部１５ｂと同一形状を有し、第一延部１５ｂとＺ方向に重なっている。
第二部位１６ａは、四角形状かつ板状の形状を有している。
第二延部１６ｂは、第二部位１６ａから、メサ１２の延び方向と交差して延びている。本実施形態では、第二延部１６ｂは、第二部位１６ａからメサ１２の幅方向、すなわち本実施形態ではＹ方向に、延びている。
図４に示されるように、第二延部１６ｂは、幅狭部位１６ｂ１と、幅広部位１６ｂ２と、を有している。幅狭部位１６ｂ１は、四角形状かつ板状の形状を有し、第二部位１６ａから略一定の幅で延びている。幅広部位１６ｂ２は、幅狭部位１６ｂ１の第二部位１６ａとは反対側の端部に位置され、幅狭部位１６ｂ１よりも広い幅を有している。幅広部位１６ｂ２は、第二部位１６ａから離れている。幅狭部位１６ｂ１の幅はＷ１であり、幅広部位１６ｂ２の幅はＷ２（＞Ｗ１）である。本実施形態では、幅狭部位１６ｂ１の幅Ｗ１は略一定であるため、第二延部１６ｂの、第二部位１６ａとの境界部位１６ｃにおける幅もＷ１である。すなわち、幅広部位１６ｂ２の幅Ｗ２は、境界部位１６ｃの幅Ｗ１よりも大きい。幅広部位１６ｂ２は、四角形状かつ板状の形状を有している。一例として、本実施形態では、幅狭部位１６ｂ１は、長方形状の形状を有し、幅広部位１６ｂ２は、正方形状の形状を有している。
本実施形態では、幅広部位１６ｂ２は、幅広部位１５ｂ２と重なっている。そして、幅広部位１６ｂ２の、幅広部位１５ｂ２とは反対側に、はんだ付けや溶接等によって、配線１７が接合され、電気的に接続される。すなわち、幅広部位１６ｂ２は、接続部位の一例である。
また本実施形態では、電気抵抗層１５の第一延部１５ｂのエッジ１５ｂ３と、配線層１６の第二延部１６ｂのエッジ１６ｂ３とが、Ｚ方向に重なっている。このため、配線層１６は、電気抵抗層１５の第一部位１５ａを部分的に覆う第二部位１６ａから配線１７と電気的に接続される幅広部位１６ｂ２に至るまでの間において、電気抵抗層１５のエッジを跨いでいない。エッジ１５ｂ３は、第一エッジの一例であり、エッジ１６ｂ３は、第二エッジの一例である。
以上、説明したように、本実施形態では、電気抵抗層１５は、メサ１２上に設けられた第一部位１５ａと、当該第一部位１５ａからメサ１２の延び方向と交差して延びた第一延部１５ｂと、を有する。また、配線層１６は、電気抵抗層１５と電気的に接続され、第一部位１５ａを部分的に覆う第二部位１６ａと、第一延部１５ｂを少なくとも部分的に覆い第二部位１６ａからメサ１２の延び方向と交差して延びた第二延部１６ｂと、を有している。そして、幅広部位１５ｂ２と重なる幅広部位１６ｂ２（接続部位）、すなわち、第二延部１６ｂの、第一延部１５ｂと重なる位置が、配線１７と電気的に接続される。
上記構成では、第二部位１６ａから配線１７と電気的に接続される幅広部位１６ｂ２に至るまでの間において、配線層１６は、電気抵抗層１５のエッジを跨がない。よって、このような構成によれば、例えば、電気抵抗層１５のエッジに生じたバリにより配線層１６の電気抵抗が大きくなったり配線層１６が断線したりするのを、回避することができ、ひいては、電気抵抗層１５に、配線１７および配線層１６を介して、より効率良く電力を供給することができる。
また、本実施形態では、第一延部１５ｂのエッジ１５ｂ３（第一エッジ）と、第二延部１６ｂのエッジ１６ｂ３（第二エッジ）とが重なっている。
このような構成によれば、例えば、第一延部１５ｂと第二延部１６ｂとで製造時に用いるマスクパターンを共用できる等のメリットがある。
［第１変形例］
図５は、本変形例の光半導体素子１０Ｂの、図２と同等位置での断面図である。図５に示されるように、光導波層１３は、メサ１２の二つの側面１２ｂ間を貫通している。光導波層１３の構成および配置が異なる点を除き、光半導体素子１０Ｂは、上記第１実施形態の光半導体素子１０Ａと同様の構成を有している。このような構成においても、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。
［第２変形例］
図６は、本変形例の光半導体素子１０Ｃの、図２と同等位置での断面図である。図６に示されるように、本変形例では、光半導体素子１０Ｃは、所謂ローメサ構造（リッジ構造）を備えている。光導波層１３は、メサ１２からＺ方向の反対方向に離れた基板１１内に設けられている。光導波層１３は、メサ１２とＺ方向に重なる部位を有している。光は、メサ１２により、光導波層１３のうちメサ１２に対してＺ方向の反対方向に位置する領域内に閉じ込められて導波する。光導波層１３の構成および配置が異なる点を除き、光半導体素子１０Ｃは、上記第１実施形態の光半導体素子１０Ａと同様の構成を有している。このような構成においても、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。
［第３変形例］
図７は、本変形例の光半導体素子１０Ｄの一部の断面を含む斜視図である。図７には、斜視形状とともに、Ｘ方向と直交する断面と、Ｙ方向と直交する断面とが、示されている。図７に示されるように、光半導体素子１０Ｄでは、電気抵抗層１５の第一延部１５ｂの幅および配線層１６の第二延部１６ｂの幅が、メサ１２、第一部位１５ａ、および第二部位１６ａから離れるにつれて徐々に大きくなっている。このような構成によれば、第二延部１６ｂの断面積をより広くすることができ、ひいては配線層１６の電気抵抗をより低減することができる。
また、本変形例においても、上記第１実施形態と同様に、第二延部１６ｂは、第一延部１５ｂとＺ方向に重なっており、第二延部１６ｂのエッジ１６ｂ３（図４参照）は、第一延部１５ｂのエッジ１５ｂ３（図３参照）とＺ方向に重なっている。また、幅広部位１５ｂ２と重なる幅広部位１６ｂ２（接続部位）、すなわち、第二延部１６ｂの、第一延部１５ｂと重なる位置が、配線１７と電気的に接続される。よって、第二部位１６ａから配線１７と電気的に接続される幅広部位１６ｂ２に至るまでの間において、配線層１６は、電気抵抗層１５のエッジを跨がない。本変形例によっても、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。
［第４変形例］
図８は、本変形例の光半導体素子１０Ｅの一部の断面を含む斜視図である。図８には、斜視形状とともに、Ｘ方向と直交する断面と、Ｙ方向と直交する断面とが、示されている。また、図９は、図８のIX－IX断面図である。
図８，９に示されるように、本変形例では、電気抵抗層１５の第一延部１５ｂおよび配線層１６の第二延部１６ｂは、第１実施形態等のように、ベース面１１ａから離れてトレンチ１０ａを跨ぐのではなく、トレンチ１０ａの側面および底面に沿って、すなわち、メサ１２の側面１２ｂ、ベース面１１ａ、積層部１４の側面１４ｂ、および頂面１４ａに沿って延びている。
本変形例では、第二延部１６ｂは、第一延部１５ｂが沿う各面と直交する方向に、当該第一延部１５ｂと重なっており、第二延部１６ｂのエッジ１６ｂ３（図４参照）は、第一延部１５ｂのエッジ１５ｂ３（図３参照）が沿う各面と直交する方向に、当該第一延部１５ｂのエッジ１５ｂ３と重なっている。また、幅広部位１５ｂ２と重なる幅広部位１６ｂ２（接続部位）、すなわち、第二延部１６ｂのうち、第一延部１５ｂと重なる位置が、配線１７と電気的に接続される。よって、第二部位１６ａから配線１７と電気的に接続される幅広部位１６ｂ２に至るまでの間において、配線層１６は、電気抵抗層１５のエッジを跨がない。本変形例によっても、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。また、本変形例によれば、第一延部１５ｂおよび第二延部１６ｂがトレンチ１０ａを跨がず当該トレンチ１０ａに沿って延びるため、第一延部１５ｂおよび第二延部１６ｂの機械的強度をより増大することができるとともに、第一延部１５ｂおよび第二延部１６ｂを形成するための製造工程をより簡略化することができるという利点も得られる。
［第５変形例］
図１０は、本変形例の光半導体素子１０Ｆの一部の断面を含む斜視図である。図１０には、斜視形状とともに、Ｘ方向と直交する断面と、Ｙ方向と直交する断面とが、示されている。
図１０に示されるように、本変形例では、トレンチ１０ａが、埋込層１８によって埋められている。埋込層１８の頂面１８ａは、メサ１２の頂面１２ａおよび積層部１４の頂面１４ａと面一である。
埋込層１８は、絶縁材料で作られる。具体的に、埋込層１８は、例えば、ポリイミドのような絶縁性を有した合成樹脂材料で作られうる。埋込層１８は、絶縁層や補強層とも称されうる。
電気抵抗層１５の第一延部１５ｂおよび配線層１６の第二延部１６ｂは、埋込層１８の頂面１８ａから積層部１４の頂面１４ａ上に設けられている。
本変形例においても、上記第１実施形態と同様に、第二延部１６ｂは、第一延部１５ｂとＺ方向に重なっており、第二延部１６ｂのエッジ１６ｂ３（図４参照）は、第一延部１５ｂのエッジ１５ｂ３（図３参照）とＺ方向に重なっている。また、幅広部位１５ｂ２と重なる幅広部位１６ｂ２（接続部位）、すなわち、第二延部１６ｂの、第一延部１５ｂと重なる位置が、配線１７と電気的に接続される。よって、第二部位１６ａから配線１７と電気的に接続される幅広部位１６ｂ２に至るまでの間において、配線層１６は、電気抵抗層１５のエッジを跨がない。本変形例によっても、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。
また、本変形例では、トレンチ１０ａを埋める埋込層１８を備えている。このような構成により、例えば、メサ１２の保護性をより高めることができるとともに、光半導体素子１０Ｆの剛性をより高めることができる。また、埋込層１８により第一延部１５ｂおよび第二延部１６ｂを支持することができる分、第一延部１５ｂおよび第二延部１６ｂの変形や破損を抑制できるという利点も得られる。
［第６変形例］
図１１は、本変形例の光半導体素子１０Ｇの一部の断面を含む斜視図である。図１１には、斜視形状とともに、Ｘ方向と直交する断面と、Ｙ方向と直交する断面とが、示されている。
本変形例では、基板１１と光導波層１３との間、例えば基板１１とメサ１２との間の境界部分に、空隙１０ｂが設けられている。空隙１０ｂは、空気層となる。空気は、光導波層１３と隣接したクラッド層１２ｃと比較して、熱伝導率が低い。空隙１０ｂは、高熱抵抗層の一例である。
空隙１０ｂは、エッチングにより形成することができる。具体的には、例えば、基板１１上に犠牲層１９を介してメサ１２および積層部１４を形成した後、犠牲層１９のエッチングを実行する。エッチングにより、犠牲層１９は、トレンチ１０ａに露出した部位から消失する。基板１１とメサ１２との間の犠牲層１９が消失し、かつ基板１１と積層部１４との間の犠牲層１９が残存している状態で、エッチングを停止することで、図１１のような構成を得ることができる。犠牲層１９は、例えば、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＩｎＡｓなどの半導体混晶材料によって作られうる。なお、メサ１２は、宙に浮いているわけではなく、メサ１２の図示しない部位が、犠牲層１９を介して基板１１に支持されている。
本変形例においても、上記第１実施形態と同様に、第二延部１６ｂは、第一延部１５ｂとＺ方向に重なっており、第二延部１６ｂのエッジ１６ｂ３（図４参照）は、第一延部１５ｂのエッジ１５ｂ３（図３参照）とＺ方向に重なっている。また、幅広部位１５ｂ２と重なる幅広部位１６ｂ２（接続部位）、すなわち、第二延部１６ｂの、第一延部１５ｂと重なる位置が、配線１７と電気的に接続される。よって、第二部位１６ａから配線１７と電気的に接続される幅広部位１６ｂ２に至るまでの間において、配線層１６は、電気抵抗層１５のエッジを跨がない。本変形例によっても、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。
また、本変形例では、クラッド層１２ｃ（光導波層１３と隣接した部位）よりも熱伝導率が低い高熱抵抗層として空隙１０ｂが設けられている。
このような構成によれば、例えば、空隙１０ｂが無い場合に比べて、電気抵抗層１５で生じた熱がメサ１２から基板１１へ伝達されることにより電気抵抗層１５による加熱効率が低下するのを、抑制することができる。
［第７変形例］
図１２は、本変形例の光半導体素子１０Ｈの一部の断面を含む斜視図である。図１２には、斜視形状とともに、Ｘ方向と直交する断面と、Ｙ方向と直交する断面とが、示されている。
本変形例では、基板１１と光導波層１３との間、例えば基板１１とメサ１２との間の境界部分に、半導体層２０が設けられている。半導体層２０は、光導波層１３と隣接したクラッド層１２ｃと比較して熱伝導率が高い材料、例えば、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＩｎＡｓなどの半導体混晶材料によって、作られうる。
本変形例では、クラッド層１２ｃ（光導波層１３と隣接した部位）よりも熱伝導率が低い高熱抵抗層として半導体層２０が設けられている。
このような構成によれば、例えば、半導体層２０が無い場合に比べて、電気抵抗層１５で生じた熱がメサ１２から基板１１へ伝達されることにより電気抵抗層１５による加熱効率が低下するのを、抑制することができる。
本変形例においても、上記第１実施形態と同様に、第二延部１６ｂは、第一延部１５ｂとＺ方向に重なっており、第二延部１６ｂのエッジ１６ｂ３（図４参照）は、第一延部１５ｂのエッジ１５ｂ３（図３参照）とＺ方向に重なっている。また、幅広部位１５ｂ２と重なる幅広部位１６ｂ２（接続部位）、すなわち、第二延部１６ｂの、第一延部１５ｂと重なる位置が、配線１７と電気的に接続される。よって、第二部位１６ａから配線１７と電気的に接続される幅広部位１６ｂ２に至るまでの間において、配線層１６は、電気抵抗層１５のエッジを跨がない。本変形例によっても、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。
［第８変形例］
図１３は、本変形例の光半導体素子１０Ｉの一部の図４と同等位置での平面図である。図１３に示されるように、本変形例では、電気抵抗層１５の第一延部１５ｂは、全体的に、配線層１６の第二延部１６ｂのエッジ１６ｂ３よりも外側に張り出している。
このようなにおいても、第二部位１６ａから配線１７と電気的に接続される幅広部位１６ｂ２に至るまでの間において、配線層１６は、電気抵抗層１５のエッジを跨がない。よって、本変形例によっても、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。
［第９変形例］
図１４は、本変形例の光半導体素子１０Ｊの一部の図４と同等位置での平面図である。図１４に示されるように、本変形例では、電気抵抗層１５の第一延部１５ｂは、幅広部位１５ｂ２を有していない。第一延部１５ｂは、帯状の形状を有し、一例として、長方形状（四角形状）かつ板状の形状を有している。
他方、配線層１６は、第３変形例と同様の形状を有している。すなわち、幅狭部位１６ｂ１の幅は、メサ１２、第一部位１５ａ、および第二部位１６ａから離れるにつれて徐々に大きくなっている。
幅狭部位１６ｂ１は、第一延部１５ｂと重なっている。また、幅狭部位１６ｂ１の幅は、第一延部１５ｂの幅以上である（同じか、より広い）。幅狭部位１６ｂ１は、第三部位の一例である。
また、第二延部１６ｂは、第一延部１５ｂのエッジ１５ｂ３よりも幅方向外側（Ｘ方向外側）および延び方向外側（Ｙ方向外側）に張り出した張出部位１６ｂ４を有している。幅広部位１６ｂ２は、張出部位１６ｂ４の一部である。また、配線１７と電気的に接続される幅広部位１６ｂ２（接続部位）は、第二部位１６ａから離間している。
このような構成によれば、幅狭部位１６ｂ１（第二延部１６ｂ）によって覆われる第一延部１５ｂのエッジ１５ｂ３の長さがより長くなる。この場合、エッジ１５ｂ３にバリが生じていたとしても、幅狭部位１６ｂ１においてバリを覆っている部分の断面積をより大きくすることができるため、第二延部１６ｂの電気抵抗を下げることができ、ひいては、電気抵抗層１５に、配線１７および配線層１６を介して、より効率良く電力を供給することができる。
［第１０変形例］
図１５は、本変形例の光半導体素子１０Ｋの一部の図４と同等位置での平面図である。図１５に示されるように、本変形例では、電気抵抗層１５の第一延部１５ｂは、第１実施形態のような幅広部位１５ｂ２（図３参照）を有していない。第一延部１５ｂは、帯状の形状を有し、一例として、長方形状（四角形状）かつ板状の形状を有している。
他方、配線層１６は、上記第１実施形態と同様の幅狭部位１６ｂ１および幅広部位１６ｂ２を有している。
また、第一延部１５ｂは、配線層１６の幅広部位１６ｂ２と重なる位置まで延びている。
したがって、幅広部位１６ｂ２は、第一延部１５ｂと重なっている。また、幅広部位１６ｂ２の幅Ｗ２１は、第一延部１５ｂの幅Ｗ１１よりも大きい。幅広部位１６ｂ２は、第三部位の一例である。
また、幅広部位１６ｂ２は、第一延部１５ｂのエッジ１５ｂ３よりも幅方向外側（Ｘ方向外側）および延び方向外側（Ｙ方向外側））に張り出した張出部位１６ｂ４を有している。
このような構成によれば、幅広部位１６ｂ２（第二延部１６ｂ）によって覆われる第一延部１５ｂのエッジ１５ｂ３の長さがより長くなる。この場合、エッジ１５ｂ３にバリが生じていたとしても、幅広部位１６ｂ２においてバリを覆っている部分の断面積をより大きくすることができるため、第二延部１６ｂの電気抵抗を下げることができ、ひいては、電気抵抗層１５に、配線１７および配線層１６を介して、より効率良く電力を供給することができる。
［第２実施形態］
図１６は、第２実施形の集積型半導体レーザ１００の斜視図である。図１６に示されるように、集積型半導体レーザ１００は、共通の基板１１上に形成された、第１光導波路部１１０と第２光導波路部１２０とを備えている。集積型半導体レーザ１００はレーザ発振し、レーザ光Ｌ１を出力するように構成されている。基板１１は例えばｎ型ＩｎＰからなる。なお、基板１１の裏面にはｎ側電極１３０が形成されている。ｎ側電極１３０は、例えばＡｕＧｅＮｉを含んで構成され、基板１１とオーミック接触する。
第１光導波路部１１０は、光導波路１１１と、積層部１１２と、ｐ側電極１１３と、Ｔｉからなるマイクロヒータ１１４と、２つの電極パッド１１５と、テーパ形状の導体配線１１６とを備えている。第１光導波路部１１０は埋め込み構造を有する。光導波路１１１は積層部１１２内にＸ方向に延伸するように形成されている。積層部１１２は光導波路１１１に対してクラッド部の機能等を備える。
ｐ側電極１１３は、積層部１１２上において、光導波路１１１の所定の部分（利得部）に沿うように配置されている。なお、積層部１１２には後述するＳｉＮ保護膜が形成されており、ｐ側電極１１３はＳｉＮ保護膜に形成された開口部を介して積層部１１２に接触している。マイクロヒータ１１４は、積層部１１２のＳｉＮ保護膜上において、光導波路１１１の所定の部分に沿うように配置されている。各電極パッド１１５は、積層部１１２のＳｉＮ保護膜上に配置され、導体配線１１６を介してマイクロヒータ１１４と電気的に接続している。マイクロヒータ１１４は、各電極パッド１１５から導体配線１１６を介して電流を供給されることによって発熱する。
第２光導波路部１２０は、２分岐部１２１と、２つのアーム部１２２，１２３と、リング状導波路（リング共振器）１２４と、ＮｉＣｒ等からなるマイクロヒータ１２５とを備えている。
２分岐部１２１は、１×２型の多モード干渉型（ＭＭＩ）導波路１２１ａを含む１×２型の分岐型導波路で構成され、２ポート側が２つのアーム部１２２，１２３のそれぞれに接続されるとともに１ポート側が第１光導波路部１１０側に接続されている。２分岐部１２１により、２つのアーム部１２２，１２３は、その一端が統合され、回折格子層２１（図１７に示す）と光学的に結合される。回折格子層２１は、ＤＢＲ構造を構成している。
アーム部１２２，１２３は、いずれもＸ方向に延伸し、リング状導波路１２４を挟むように配置されている。アーム部１２２，１２３はリング状導波路１２４と近接し、いずれも同一の結合係数κでリング状導波路１２４と光学的に結合している。κの値は例えば０．２である。アーム部１２２，１２３とリング状導波路１２４とは、リング共振器フィルタＲＦ１を構成している。また、リング共振器フィルタＲＦ１と２分岐部１２１とは、反射ミラーＭ１を構成している。マイクロヒータ１２５はリング状であり、リング状導波路１２４を覆うように形成されたＳｉＮ保護膜上に配置されている。マイクロヒータ１２５は、電流を供給されることによって発熱し、リング状導波路１２４を加熱する。供給される電流量を変化させることによってリング状導波路１２４の温度が変化し、その屈折率が変化する。
２分岐部１２１、アーム部１２２，１２３、リング状導波路１２４は、いずれも、ＧａＩｎＡｓＰからなる光導波層１２０ａが下部クラッド層と上部クラッド層とによって挟まれたハイメサ構造を有している。
また、アーム部１２３の一部のＳｉＮ保護膜上には、マイクロヒータ１２６が配置されている。アーム部１２３のうちマイクロヒータ１２６の下方の領域は、光の位相を変化させる位相調整部１２７として機能する。マイクロヒータ１２６は、電流を供給されることによって発熱し、位相調整部１２７を加熱する。供給される電流量を変化させることによって位相調整部１２７の温度が変化し、その屈折率が変化する。
第１光導波路部１１０と第２光導波路部１２０は、互いに光学的に接続された一組の波長選択要素である回折格子層２１と反射ミラーＭ１とにより構成される、光共振器Ｃ１を構成している。
この集積型半導体レーザ１００は、周期的な波長特性を有するＤＢＲ（distributed bragg reflector）構造およびリング共振器を有し、その波長特性をヒータの発熱量で制御することによりバーニア型の波長可変レーザとして動作する。これらに含まれる光導波層を有するヒータ用導体配線構造の模式図を図１７と図１８とに示す。
図１７は、第１実施形態の光半導体素子１０ＡをＤＢＲ構造に適用した構成例を示す斜視図である。図１７に示されるように、光半導体素子１０ＬＡは、メサ１２内に、光導波層１３と隣接した基板１１の反対側に回折格子層２１を有している点を除き、第１実施形態の光半導体素子１０Ａと同様の構成を有している。光導波路１１１は、光導波層１３を含むメサ１２に相当し、積層部１１２は、積層部１４に相当し、マイクロヒータ１１４は、電気抵抗層１５に相当し、電極パッド１１５は、配線層１６の幅広部位１６ｂ２（接続部位）に相当し、導体配線１１６は、配線層１６の第二延部１６ｂに相当する。
図１８は、第１変形例の光半導体素子１０Ｂをリング共振器に適用した構成例を示す斜視図である。図１８に示すように、光半導体素子１０ＬＢは、ハイメサ構造を有した第１変形例の光半導体素子１０Ｂと同様の構成を有したリング共振器構造のリング状導波路１２４を備える。光半導体素子１０ＬＢは、メサ１２、電気抵抗層１５の第一部位１５ａ、配線層１６の第二部位１６ａがリング状である点を除き、第１変形例の光半導体素子１０Ｂと同様の構成を有している。光導波層１２０ａは、光導波層１３に相当し、第２光導波路部１２０は、光導波層１３を含むメサ１２に相当し、マイクロヒータ１２５は、電気抵抗層１５に相当する。
第２実施形態に係る集積型半導体レーザ１００によれば、第１実施形態の光半導体素子１０Ａおよび第１変形例の光半導体素子１０Ｂと同様と同様の構成を有しているため、光半導体素子１０Ａ，１０Ｂによって得られる効果と同様の効果が、得られる。
このように、本発明に係る構造は、半導体の光導波路のみならず、図１７に示すＤＢＲや、図１８に示すリング共振器を有する集積型半導体レーザ１００にも適用可能である。
以上、本発明の実施形態および変形例が例示されたが、上記実施形態および変形例は一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。また、各構成や、形状、等のスペック（構造や、種類、方向、型式、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、数、配置、位置、材質等）は、適宜に変更して実施することができる。
１０Ａ～１０Ｋ，１０ＬＡ，１０ＬＢ…光半導体素子
１０ａ…トレンチ
１０ｂ…空隙（高熱抵抗層）
１１…基板（ベース）
１１ａ…ベース面
１２…メサ
１２ａ…頂面
１２ｂ…側面
１２ｃ…クラッド層
１３…光導波層
１４…積層部
１４ａ…頂面
１４ｂ…側面
１５…電気抵抗層
１５ａ…第一部位
１５ｂ…第一延部
１５ｂ１…幅狭部位
１５ｂ２…幅広部位
１５ｂ３…エッジ（第一エッジ）
１５ｃ…境界部位
１６…配線層
１６ａ…第二部位
１６ｂ…第二延部
１６ｂ１…幅狭部位
１６ｂ２…幅広部位（接続部位）
１６ｂ３…エッジ（第二エッジ）
１６ｂ４…張出部位
１６ｃ…境界部位
１７…配線
１８…埋込層
１８ａ…頂面
１９…犠牲層
２０…半導体層（高熱抵抗層）
２１…回折格子層
１００…集積型半導体レーザ
１１０…第１光導波路部
１１１…光導波路
１１２…積層部
１１３…ｐ側電極
１１４…マイクロヒータ
１１５…電極パッド
１１６…導体配線
１２０…第２光導波路部
１２０ａ…光導波層
１２１…２分岐部
１２１ａ…多モード干渉型導波路
１２２，１２３…アーム部
１２４…リング状導波路
１２５…マイクロヒータ
１２６…マイクロヒータ
１２７…位相調整部
１３０…ｎ側電極
Ｃ１…光共振器
Ｌ１…レーザ光
Ｍ１…反射ミラー
Ｗ１，Ｗ２，Ｗ１１，Ｗ２１…幅
Ｘ…方向
Ｙ…方向
Ｚ…方向（第一方向）

Claims (9)

  1. ベース面を有したベースと、
    前記ベース面から当該ベース面と交差した第一方向に突出し、前記ベース面に沿う第二方向に沿って延びたメサと、
    前記メサ内に設けられるかまたは前記ベース内に少なくとも前記メサと前記第一方向に重なる部位を有するように設けられた光導波層と、
    前記メサ上に設けられた第一部位と、当該第一部位から前記第一方向および前記第二方向と交差した第三方向に延びた第一延部と、を有した電気抵抗層と、
    前記電気抵抗層と電気的に接続され、前記第一部位を部分的に覆う第二部位と、前記第一延部を少なくとも部分的に覆い前記第二部位から前記第三方向に延びた第二延部と、を有した配線層と、
    前記メサに対して前記第三方向に離れて位置し、前記第一方向に積層された複数の半導体層を含む積層部と、
    前記メサと前記積層部との間に設けられたトレンチと、
    を備え、
    前記第一延部および前記第二延部は、前記メサの頂面と前記積層部の頂面との間で、互いに重なった状態で、前記トレンチの底部から離れて当該トレンチを跨ぐように設けられ、
    前記積層部の頂面上で、前記第二延部の、前記第一延部と重なる位置に、配線と電気的に接続される接続部位が設けられ、
    前記第一延部の第一エッジと、前記第二延部の第二エッジとが重なった、光半導体素子。
  2. ベース面を有したベースと、
    前記ベース面から当該ベース面と交差した第一方向に突出し、前記ベース面に沿う第二方向に沿って延びたメサと、
    前記メサ内に設けられるかまたは前記ベース内に少なくとも前記メサと前記第一方向に重なる部位を有するように設けられた光導波層と、
    前記メサ上に設けられた第一部位と、当該第一部位から前記第一方向および前記第二方向と交差した第三方向に延びた第一延部と、を有した電気抵抗層と、
    前記電気抵抗層と電気的に接続され、前記第一部位を部分的に覆う第二部位と、前記第一延部を少なくとも部分的に覆い前記第二部位から前記第三方向に延びた第二延部と、を有した配線層と、
    前記メサに対して前記第三方向に離れて位置し、前記第一方向に積層された複数の半導体層を含む積層部と、
    前記メサと前記積層部との間に設けられたトレンチと、
    を備え、
    前記第一延部および前記第二延部は、前記メサの頂面と前記積層部の頂面との間で、互いに重なった状態で、前記トレンチの底部から離れて当該トレンチを跨ぐように設けられ、
    前記積層部の頂面上で、前記第二延部の、前記第一延部と重なる位置に、配線と電気的に接続される接続部位が設けられ、
    前記第一延部は、少なくとも部分的に前記第二延部の第二エッジよりも外側に張り出し、
    前記第二延部は、前記第一延部の第一エッジより外側に張り出す部位を有しない、光半導体素子。
  3. ベース面を有したベースと、
    前記ベース面から当該ベース面と交差した第一方向に突出し、前記ベース面に沿う第二方向に沿って延びたメサと、
    前記メサ内に設けられるかまたは前記ベース内に少なくとも前記メサと前記第一方向に重なる部位を有するように設けられた光導波層と、
    前記メサ上に設けられた第一部位と、当該第一部位から前記第一方向および前記第二方向と交差した第三方向に延びた第一延部と、を有した電気抵抗層と、
    前記電気抵抗層と電気的に接続され、前記第一部位を部分的に覆う第二部位と、前記第一延部を少なくとも部分的に覆い前記第二部位から前記第三方向に延びた第二延部と、を有した配線層と、
    前記メサに対して前記第三方向に離れて位置し、前記第一方向に積層された複数の半導体層を含む積層部と、
    前記メサと前記積層部との間に設けられたトレンチと、
    を備え、
    前記第一延部および前記第二延部は、前記メサの頂面と前記積層部の頂面との間で、互いに重なった状態で、前記トレンチの底部から離れて当該トレンチを跨ぐように設けられ、
    前記第二延部は、前記第一延部よりも幅が大きくかつ当該第一延部と重なった第三部位と、前記積層部の頂面上かつ前記第二部位から離れた位置で配線と電気的に接続される接続部位と、を有した、光半導体素子。
  4. 前記第二延部は、前記第一延部の第一エッジよりも前記第二延部の幅方向外側および前記第二延部の延び方向外側に張り出した張出部位を有した、請求項３に記載の光半導体素子。
  5. 前記電気抵抗層の電気抵抗率は、前記配線層の電気抵抗率よりも大きい、請求項１～４のうちいずれか一つに記載の光半導体素子。
  6. 前記光導波層と隣接した部位よりも熱伝導率が低い高熱抵抗層が設けられた、請求項１～５のうちいずれか一つに記載の光半導体素子。
  7. 前記高熱抵抗層は、空隙である、請求項６に記載の光半導体素子。
  8. 前記高熱抵抗層は、半導体材料で作られた、請求項６に記載の光半導体素子。
  9. 請求項１～８のうちいずれか一つに記載の光半導体素子を備えた、集積型半導体レーザ。
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