TWI671967B - 半導體光元件、半導體光積體元件及半導體光元件的製造方法 - Google Patents

半導體光元件、半導體光積體元件及半導體光元件的製造方法 Download PDF

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Abstract

本發明係在具有：第一包覆層；具有形成為脊形狀的脊部(20)的第二包覆層；及位於第一包覆層與第二包覆層之間，具有傳播光的光封閉層(2、22)的半導體光元件，脊部(20)，係從接近光封閉層(2、22)側，依序具有脊下部(5)、脊中間部(6)、脊上部(8)，脊中間部(6)，垂直在上述光封閉層(2、22)的光傳播方向的光軸的剖面的寬度，較上述脊下部(5)及上述脊上部(8)寬。

Description

半導體光元件、半導體光積體元件及半導體光元件的製 造方法
本案係關於脊型半導體光元件。
用於光通訊系統的雷射光源，或光放大器，使用半導體光元件。半導體光元件，多數使用分佈回饋型半導體雷射(DFB-LD：Distributed Feedback Laser Diode，亦稱為DFB半導體雷射)。再者，在DFB半導體雷射，使用脊型半導體光元件(例如專利文獻1)。DFB半導體雷射，需要嵌入繞射光柵。在形成脊型DFB半導體雷射的繞射光柵所必須的嵌入部等的半導體結晶再成長區域包含錯位等的結晶缺陷。脊型DFB半導體雷射，來自絕緣膜、金屬膜等的膜的應力集中在嵌入部或活性層，則會慢慢地發生特性變動(Ith變動、Iop變動)。
不只是脊型的DFB半導體雷射，在具有脊型的導波路結構的半導體光元件，對把光封閉傳播的層的光封閉層的應力，亦有同樣的課題。先前係對該課題，藉由調整絕緣膜、金屬膜等的膜質(成膜方法、成膜條件等)，或藉由膜構成等緩和應力集中在該區域，以滿足可靠度。
另一方面，有藉由使脊型半導體光元件的脊上部的寬度較脊下部的寬度寬結構，減少脊下部的寬度誤差的步驟的提案。(參照專利文獻2)
〔先前技術文獻〕
〔專利文獻〕
專利文獻1：日本特開2006-324427號公報
專利文獻2：日本特開2012-9488號公報
如以上所說明，在脊型半導體光元件，課題係施加在嵌入部等的半導體結晶再成長區域或活性層等的光封閉層的應力，並非先前的以絕緣膜、金屬膜等的應力調整，而是需要提供可穩定地製作可緩和應力的裝置結構。
本案係為解決如上所述的課題所揭示的技術，藉由裝置結構本身的巧思，以提供可穩定地製作，可緩和應力的半導體光元件為目標。
本案所揭示的半導體光元件，具有：第一包覆層；具有形成為脊形狀的脊部的第二包覆層；及位於第一包覆層與第二包覆層之間，具有傳播光的光封閉層，其中，脊部係從接近光封閉層側，依序具有脊下部、脊中間部、脊上部，脊中間部，垂直在光封閉層的光傳播方向的光軸的剖面的寬度，較脊下部及脊上部寬，上述脊下部的厚度，係上述脊部的厚度的10%以上15%以下的厚度。
根據本案所揭示的半導體光元件，可得可穩定地製作，可緩和應力的半導體光元件。
1‧‧‧半導體基板(第一包覆層)
2‧‧‧活性層(光封閉層、第一半導體層)
4‧‧‧空洞
5‧‧‧脊下部
6‧‧‧脊中間部
7‧‧‧繞射光柵嵌入區域
8‧‧‧脊上部
10‧‧‧絕緣膜
12‧‧‧鍍金
14‧‧‧有機膜
16‧‧‧繞射光柵層
20‧‧‧脊部
22‧‧‧主動層(光封閉層)
55‧‧‧第二半導體層
66‧‧‧第三半導體層
88‧‧‧第四半導體層
166‧‧‧第五半導體層
[圖1]係表示實施形態1的半導體光元件的構成的剖面圖。
[圖2]係表示實施形態1的半導體光元件的其他構成的剖面圖。
[圖3]係表示實施形態1的半導體光元件的進一步其他構成的剖面圖。
[圖4]係以剖面圖表示實施形態1的半導體光元件的製造方法的步驟的第一圖。
[圖5]係以剖面圖表示實施形態1的半導體光元件的製造方法的步驟的第二圖。
[圖6]係以剖面圖表示實施形態1的半導體光元件的製造方法的步驟的第三圖。
[圖7]係表示實施形態2的半導體光元件的構成的剖面圖。
[圖8]係表示實施形態2的半導體光元件的其他構成的剖面圖。
[圖9]係表示實施形態2的半導體光元件的進一步其他構成的剖面圖。
[圖10]係以剖面圖表示實施形態2的半導體光元件的製造方法的步驟的第一圖。
[圖11]係以剖面圖表示實施形態2的半導體光元件的製造方法的步驟的第二圖。
[圖12]係以剖面圖表示實施形態2的半導體光元件的製造方法的步驟的第三的圖。
[圖13]係以剖面圖表示實施形態3的半導體光元件的構成的剖面圖。
[圖14]係表示實施形態3的半導體光元件的其他構成的剖面圖。
[圖15]係表示實施形態3的半導體光元件的進一步其他構成的剖面圖。
[圖16]係表示實施形態4的半導體光積體元件的概略構成的俯視圖。
實施形態1.
圖1係將實施形態1的半導體光元件的構成，以垂直於光的傳播方向的光軸方向的剖面表示的剖面圖。該半導體光元件，係被稱為脊型DFB半導體雷射的半導體光元件。在半導體基板1上，形成具有最表層3的活性層2。活性層2，係電子與電洞結合而放光的層，所發出的光，被包含該最表層3的活性層2封閉，將活性層2中，向光軸方向，即垂直於紙面的方向傳播。為將光封閉在活性層2， 活性層2需以折射率較活性層2小的包覆層包夾。包覆層，亦具有從一方的包覆層對活性層2注入電子，從另一方的包覆層對活性層2注入電洞的功能。在圖1的構成，半導體基板1，作用作為一方的包覆層，即第一包覆層。此外，在活性層2的最表層3上，形成有作用作為包覆層的脊部20，脊部20作用作為另一方的包覆層，即第二包覆層。脊部20，從接近活性層2側，包含脊下部5、具有嵌入DFB特有的繞射光柵的的再成長區域7的繞射光柵層的脊中間部6、脊上部8。再者，在脊上部8經由接觸層9形成電極11。脊部20，以絕緣膜10覆蓋包含形成在其上的接觸層9及電極11，進一步在其外側以鍍金12等的金屬覆蓋。
以上的構成的半導體光元件，雖係DFB半導體雷射，惟作為基本構成，係具有：第一包覆層(半導體基板1)；具有形成為脊形狀的脊部20的第二包覆層；及位於第一包覆層及第二包覆層之間，具有作為傳播光的活性層2的光封閉層的構成的半導體光元件。
在圖1的構成，繞射光柵層的脊中間部6的寬度W2，較脊上部8的寬度W1及脊下部5的寬度W3寬。如此使配置在脊下部5與脊上部8之間的脊中間部6，較脊下部及脊上部的寬度寬，作成伸出的層。藉由設置伸出脊部20的一部分的部分，可任意設計脊下部5的寬度W3與脊上部8的寬度W1，可實現緩和施加在活性層2的應力，進一步可滿足所期望的光封閉、裝置阻抗等的諸特性。再者，脊下部5與脊上部8，可以相同材料形成為佳。
在此，表示尺寸例。具體的尺寸例，係光，即雷射的波長在1.5μm頻帶之例。脊上部8的寬度W1及脊下部的寬度W3為2μm左右，脊中間部的寬度W2，係對W1及W3寬10%左右的寬度。從光學性、及應力緩和的觀點來看，脊中間部6的寬度W2，不分光的波長，對脊上部8的寬度W1，寬10%至20%的寬度(1.1W1≦W2≦1.2W1)為佳。脊部20的厚度，即合併脊下部5、脊中間部6、脊上部8的厚度為2μm左右，從光學性、及應力緩和的觀點來看，脊下部5的厚度， 不分光的波長，以脊部20的厚度的10%以上15%以下的厚度為佳。此外，脊中間部6的厚度，從繞射光柵的功能、及應力緩和的觀點來看，不分光的波長，以脊部的厚度的1%以上5%以下厚度為佳。
圖2係表示實施形態1的半導體光元件的其他構成的剖面圖。在圖2所示構成，係在脊中間部6從脊下部5伸出的部分與活性層2之間，具有沒有絕緣膜10、鍍金12等的空洞4構成。空洞4，可例如以濺鍍法形成。如此地，以具有空洞4的構成，亦可緩和應力對脊下部5的集中，而抑制活性層2的惡化。
圖3係表示實施形態1的半導體光元件的進一步其他構成的剖面圖。在圖3所示構成，係在脊中間部6從脊下部5伸出的部分與活性層2之間，嵌入有機膜14的構成。以如此地具有有機膜14的構成，亦可緩和應力對脊下部5的集中，可抑制活性層2的惡化。
如以上，根據實施形態1的半導體光元件，其係在具有：第一包覆層(半導體基板1)；具有形成為脊形狀的脊部20的第二包覆層；及位於第一包覆層與第二包覆層之間，傳播光的光封閉層的活性層2的半導體光元件，脊部20，從接近活性層2側，依序具有脊下部5、脊中間部6、脊上部8，脊中間部6，其構成係垂直在活性層2的光傳播方向的光軸的剖面的寬度，較脊下部5及脊上部8寬。在實施形態1，脊中間部6係以繞射光柵層形成。藉由該構成，可實現緩和施加在活性層2的應力，進一步可實現可滿足所期望的光封閉、裝置阻抗等的諸特性的半導體光元件。
接著，將製造步驟以剖面圖依序表示的圖4至圖6說明圖1的構成的半導體光元件的製造方法。如圖4的步驟ST1所示，在成長在半導體基板1上的第一半導體層2的活性層2上，將第二半導體層55，以脊下部的材料InP成長作為InP層，進一步將第三半導體層66，以脊中間部的材料InGaAsP成長作為InGaAsP層。亦可在半導體基板1與活性層2之間，設置與半導體基板1相同的傳導型緩衝 層。活性層2設有最表層3。亦可在InGaAsP層的第三半導體層66上，成長InP作為薄的覆蓋層。接著，如步驟ST2所示，去除InGaAsP層的第三半導體層66的一部分形成繞射光柵嵌入部71。之後，如步驟ST3所示，進行用於在嵌入繞射光柵嵌入部71形成繞射光柵的InP嵌入成長，形成繞射光柵嵌入區域7。然後，如步驟ST4所示，將第四半導體層88，以脊上部的材料InP成長作為InP層，進一步在其上，以接觸層9的材料InGaAs成長InGaAs層99。亦可在InGaAs層99上，成長InP作為薄的覆蓋層。
接著，為形成脊結構，如圖5的步驟ST5所示，使用SiO2等的絕緣膜硬掩模等，藉由乾式蝕刻，將特性所需的所期望的寬度，進行脊形成。在此階段，在InGaAsP層的第三半導體層66上留下第四半導體層88的InP的一部分。如下一步驟ST6所示，使用濕式蝕刻，蝕刻殘留在InGaAsP層的第三半導體層66上的InP。此時，濕式蝕刻液使用對第三半導體層66的InGaAsP與第四半導體層88的InP具有充分的蝕刻選擇比，則可提高脊加工的精度。藉此加工，使第四半導體層88成為脊上部8，InGaAs層99成為接觸層9。
接著，如步驟ST7所示，將InGaAsP層的第三半導體層66與InP層的第二半導體層55的兩側以乾式蝕刻去除。進一步，如圖6的步驟ST8所示，利用濕式蝕刻的側邊蝕刻效果，將第三半導體層66加工成脊中間部6的所期望的寬度W2，將第二半導體層55加工成脊下部5的所期望的寬度W3。活性層2的表面，由於形成有最表層3作為難以蝕刻的層，故活性層2並不會被蝕刻。此時，濕式蝕刻液，使用對第三半導體層66的InGaAsP與第二半導體層55的InP具有蝕刻選擇比，則可提高脊加工的精度。藉此蝕刻，使第三半導體層66成為脊中間部6，使第二半導體層55成為脊下部5。此外，在以步驟ST7所示的乾式蝕刻，亦可為貫通第三半導體層66，將第二半導體層55加工到從第三半導體層66露出的途中，藉由步驟ST8的濕式蝕刻，將InP層的第二半導體層55加工成脊下部5的所期 望的寬度W3。
之後，如步驟ST9所示，以電漿CVD法等的覆蓋性優良的成膜方法形成絕緣膜10之後，去除接觸層9上部的絕緣膜，形成裝置運作所需的電極11，將脊全體以鍍金12等的金屬覆蓋。將絕緣膜10的形成，使用無法充分覆蓋挖陷等的濺鍍法，可實現如圖2所示，在脊中間部6與活性層2之間具有不存在脊下部5的InP的凹陷的區域具有空洞4的結構，可實現緩和施加活性層2的應力。此外，在絕緣膜10的形成前形成有機膜14，僅在該凹陷處留下有機膜14，作成圖3所示結構，亦可實現緩和施加活性層2的應力。
實施形態2.
圖7係將實施形態2的半導體光元件的構成，以垂直於光軸方向的剖面表示的剖面圖。與圖1同樣，該半導體光元件係被稱為脊型DFB半導體雷射的半導體光元件。在半導體基板1上，形成活性層2。光係封閉在該活性層2而傳播。為將光封閉在活性層2，活性層2需要以折射率較活性層2小的包覆層包夾。在圖7的構成，係半導體基板1作用作為一方的包覆層，即第一包覆層。此外，在活性層2上，形成具有嵌入DFB特有的繞射光柵的再成長區域7的繞射光柵層16。在繞射光柵層16上形成有脊部20，繞射光柵層16及脊部20作用作為另一方的包覆層，即第二包覆層。脊部20，係從接近活性層2側，包含脊下部5、脊中間部6、脊上部8。再者，在脊上部8經由接觸層9形成電極11。脊部20，以絕緣膜10覆蓋包含形成在其上的接觸層9及電極11，進一步在其外側以鍍金12等的金屬覆蓋。
在圖7的構成，脊中間部6的寬度W2，寬度較脊上部8的寬度W1及脊下部5的寬度W3寬。在實施形態1所說明的圖1的構成，係將繞射光柵層設於脊下部5與脊上部8之間作為脊中間部6的構成。在本實施形態2，繞射光柵層16係與活性層2相接設置，在脊部20的脊下部5與脊上部8之間設置不具有嵌入繞射光柵的區域的脊中間部6。脊中間部6，寬度較脊部20之其他部分的寬度寬， 形成為伸出的層。如此，設置寬度較脊下部5的寬度W3及脊上部8的寬度W1寬的寬度W2的脊中間部6。藉由作成如此的構成，可任意設計脊下部5的寬度W3與脊上部8的寬度W1，可實現緩和施加在活性層2的應力，進一步可滿足所期望的光封閉、裝置阻抗等的諸特性。
再者，脊下部5與脊上部8以同樣的材料形成為佳。在實施形態1的構成，由於脊中間部6兼做繞射光柵層，脊中間部6的材料，與脊下部5及脊上部8為不同的材料。本實施形態2，即圖7的構成，脊中間部6亦可以與脊下部5及脊上部8的材料相同的材料形成。惟在將脊上部8、脊中間部6及脊下部5，以蝕刻形成時，脊中間部6的材料，以與脊上部8及脊下部5不同的材料，可較容易製造。
在本實施形態2的半導體光元件，從光學性、及應力緩和的觀點來看，脊中間部的寬度W2，對脊上部8的寬度W1，寬10%至20%的寬度(1.1W1≦W2≦1.2W1)為佳。此外，從光學性、及應力緩和的觀點來看，脊下部5的厚度，以脊部20的厚度的10%以上15%以下的厚度，脊中間部6的厚度，以脊部的厚度的1%以上5%以下的厚度為佳。
圖8係表示實施形態2的半導體光元件的其他構成的剖面圖。在圖8所示構成，在脊中間部6伸出的部分與活性層2之間，具有沒有絕緣膜10、鍍金12等的空洞4的構成。空洞4，可例如以濺鍍法形成。以如此的具有空洞4的構成，亦可緩和應力對脊下部5的集中，而可抑制活性層2的惡化。
圖9係表示實施形態2的半導體光元件的進一步其他構成的剖面圖。在圖9所示構成，係作成脊中間部6的伸出的部分與活性層2之間，以有機膜14嵌入的構成。如此地，以具有有機膜14的構成，亦可緩和應力對脊下部5的集中，而可抑制活性層2的惡化。
如以上，實施形態2的半導體光元件，其係在具有：第一包覆層 (半導體基板1)；具有形成為脊形狀的脊部20的第二包覆層；及位於第一包覆層與第二包覆層之間，傳播光的光封閉層的活性層2的半導體光元件，脊部20，從接近活性層2側，依序具有脊下部5、脊中間部6、脊上部8，脊中間部6，其構成係垂直在活性層2的光傳播方向的光軸的剖面的寬度，較脊下部5及脊上部8寬。在實施形態2，將繞射光柵層16配置在較脊下部5靠活性層2側，寬度大的脊中間部6與繞射光柵層16分別設置。藉由該構成，亦可與實施形態1同樣地，實現緩和施加在活性層2的應力，進一步可實現可滿足所期望的光封閉、裝置阻抗等的諸特性的半導體光元件。
接著，將製造步驟以剖面圖依序表示的圖10至圖12說明圖7的構成的半導體光元件的製造方法。如圖10的步驟ST11所示，在成長在半導體基板1上的第一半導體層2的活性層2上，將第五半導體層166以繞射光柵層16的材料InGaAsP成長作為InGaAsP層。亦可在半導體基板1與活性層2之間，設置與半導體基板1相同的傳導型緩衝層。亦可在InGaAsP層的第五半導體層166上，成長InP作為薄的覆蓋層。接著，如步驟ST12所示，去除InGaAsP層的第五半導體層166的一部分形成繞射光柵嵌入部71。之後，如步驟ST13所示，進行用於在嵌入繞射光柵嵌入部71形成繞射光柵的InP嵌入成長，形成繞射光柵嵌入區域7，形成繞射光柵層16。然後亦可如步驟ST14所示，將第二半導體層55，以脊下部5的材料InP作成InP層，將第三半導體層66以脊中間部6的材料InGaAsP成長作為InGaAsP層，將第四半導體層88以脊上部8的材料InP成長作為InP層，進一步以接觸層9的材料InGaAs成長InGaAs層99。亦可在InGaAs層99上，成長InP作為薄的覆蓋層。
接著，為形成脊結構，如圖11的步驟ST15所示，使用SiO2等的絕緣膜硬掩模等，藉由乾式蝕刻，將特性所需的所期望的寬度，進行脊形成。在此階段，在InGaAsP層的第三半導體層66上留下第四半導體層88的InP的一部分。如下一步驟ST16所示，使用濕式蝕刻，蝕刻殘留在InGaAsP層的第三半導體 層66上的InP。此時，濕式蝕刻液使用對第三半導體層66的InGaAsP與第四半導體層88的InP具有充分的蝕刻選擇比，則可提高脊加工的精度。藉此加工，使第四半導體層88成為脊上部8，InGaAs層99成為接觸層9。
接著，如步驟ST17所示，將InGaAsP層的第三半導體層66與InP層的第二半導體層55的兩側以乾式蝕刻去除。進一步，如圖12的步驟ST18所示，利用濕式蝕刻的側邊蝕刻效果，將第三半導體層66加工成脊中間部6的所期望的寬度W2，將第二半導體層55加工成脊下部5的所期望的寬度W3。此時，濕式蝕刻液，使用對第三半導體層66的InGaAsP與第二半導體層55的InP具有蝕刻選擇比，則可提高脊加工的精度。藉此蝕刻，使第三半導體層66成為脊中間部6，使第二半導體層55成為脊下部5。此外，在以步驟ST7所示的乾式蝕刻，亦可為貫通第三半導體層66，將第二半導體層55加工到從第三半導體層66露出的途中，藉由步驟ST8的濕式蝕刻，將InP層的第二半導體層55加工成脊下部5的所期望的寬度W3。
之後，如步驟ST19所示，以電漿CVD法等的覆蓋性優良的成膜方法形成絕緣膜10之後，去除接觸層9上部的絕緣膜，形成裝置運作所需的電極11，將脊全體以鍍金12等的金屬覆蓋。將絕緣膜10的形成，使用無法充分覆蓋挖陷等的濺鍍法，可實現如圖8所示，在脊中間部6與上面形成有繞射光柵層16的活性層2之間，具有不存在脊下部5的凹陷的區域具有空洞4的結構，可實現施加活性層2的應力。此外，在絕緣膜10的形成前形成有機膜14，僅在該凹陷處留下有機膜14，作成圖9所示結構，亦可實現緩和施加活性層的應力。
實施形態3.
圖13係將實施形態3的半導體光元件的構成，以垂直於光軸方向的剖面表示的剖面圖。圖13所示半導體光元件，其一例係被稱為脊型的電場吸收型半導體光調變器(EAM：Electro-absorption Modulator)的元件。在實施形態1或實施形 態2的脊型DFB半導體雷射，光封閉層係以活性層構成，但在本實施形態3的半導體光元件，光封閉層係以主動層22構成。此外並沒有嵌入繞射光柵的層。在EAM，在主動層22，係形成作為藉由施加電場吸收光的層，可藉由電場開關將光調變。主動層22的脊部側的表面形成最表層23。
在如此的電場吸收型半導體光調變器，與實施形態1或實施形態2的說明相同，在脊部20的脊下部5與脊上部8之間，藉由設置寬度較脊下部5及脊上部8寬的脊中間部6，可實現緩施加在光封閉層的主動層22的應力，進一步可滿足所期望的光封閉、裝置阻抗等的諸特性。
圖14係表示實施形態3的半導體光元件的其他構成的剖面圖。在圖14所示構成，係作成在脊中間部6從脊下部5伸出的部分與主動層22之間，具有沒有絕緣膜10、鍍金12等的空洞4的構成。空洞4，可例如以濺鍍法形成。以如此具有空洞4的構成，亦可緩和應力對脊下部5的集中，可抑制主動層22的惡化。
圖15係表示實施形態3的半導體光元件的進一步其他構成的剖面圖。在圖15所示構成，係作成脊中間部6從脊下部5伸出的部分與主動層22之間，嵌入有機膜14的構成。以如此的具有有機膜14的構成，亦可緩和應力對脊下部5的集中，而可抑制活性層2的惡化。
以上，係說明作為光封閉層的主動層22係形成作為吸收光的層，在電場吸收型半導體光調變器，設置脊中間部6的構成。不限於此，主動層22，亦可係形成作為具有光放大作用的層的脊型半導體光放大器(SOA：Semiconductor Optical Amplifier)。此外，主動層22，亦可以折射率較作用作為包覆層的脊部20及半導體基板1高的半導體材料形成，而形成作為僅具有將光封閉傳播作用的光導波路核層的脊型光導波路等。如此，不限於電場吸收型半導體光調變器，在脊型半導體光元件，在脊部20的脊下部5與脊上部8之間，藉由 設置寬度較脊下部5及脊上部8寬的脊中間部6，可實現緩和施加在光封閉層的主動層22的應力，進一步可滿足所期望的光封閉、裝置阻抗等的諸特性。此外，在電場吸收型半導體光調變器以外的脊型半導體光元件，亦可以如圖14所示設置空洞4的構成，如圖15所示設置有機膜14的構成，不言而喻。
如以上，以實施形態3的半導體光元件，其係在具有：第一包覆層(半導體基板1)；具有形成為脊形狀的脊部20的第二包覆層；及位於第一包覆層與第二包覆層之間，傳播光的光封閉層的主動層22的半導體光元件，脊部20，從接近主動層22側，依序具有脊下部5、脊中間部6、脊上部8，脊中間部6，其構成係垂直在主動層22的光傳播方向的光軸的剖面的寬度，較脊下部5及脊上部8寬。藉由該構成，可實現緩和施加在光封閉層22的應力，進一步可實現可滿足所期望的光封閉、裝置阻抗等的諸特性的半導體光元件。
實施形態4.
圖16係表示實施形態4的半導體光積體元件的構成的俯視圖。圖16所示半導體光積體元件，其構成係將DFB半導體雷射(DFB-LD)100所輸出的雷射，以電場吸收型半導體光調變器(EAM)200高速調變，以半導體光放大器(SOA：Semiconductor Optical Amplifier)300放大輸出，以構成半導體雷射發送器。在垂直於DFB-LD100的光軸的剖面，即A-A剖面的構成，成為圖1~3，或圖7~9的任何一種構成。垂直於EAM200的光軸的剖面，即B-B剖面的構成，則成為圖13~15的任何一種構成。此外，SOA300，雖然材料，特別是主動層22的材料與EAM200不同，但垂直於SOA300的光軸的剖面，即C-C剖面的構成，則成為圖13~15的任何一種構成。再者，DFB-LD100與EAM200之間，EAM200與SOA300之間，僅為光導波路，其剖面構成，係例如，圖13~15的任何一種構成。
特別是，藉由將各半導體光元件形成在同一半導體基板，可將各半導體光元件的第一包覆層，以同一半導體基板1構成。如此，可使用同一半導 體基板，構成分別將不同的複數半導體光元件積體的半導體光積體元件。
如此，在積體具有脊型結構的半導體光元件的半導體光積體元件，將各個半導體光元件，以實施形態1至3所說明的任何一種構成，即在具有：第一包覆層(半導體基板1)；具有形成為脊形狀的脊部20的第二包覆層；及位於第一包覆層與第二包覆層之間，傳播光的光封閉層(活性層2或主動層22)的半導體光元件，脊部20，從接近光封閉層側，依序具有脊下部5、脊中間部6、脊上部8，脊中間部6，其構成係垂直在光封閉層側的光傳播方向的光軸的剖面的寬度，較脊下部5及脊上部8寬，緩和應力對脊下部的集中，可發揮抑制活性層2或主動層22等的光封閉層的特性惡化的效果。
本案記載各式各樣的例示性的實施形態及實施例，惟記載於1個、或複數實施形態的各式各樣的特徵、態樣、及功能，並非限定適用在特定的實施形態，而可以單獨或以各式各樣的組合適用實施形態。因此，並沒有例示的無數變形例，可在本案說明書所揭示的技術範圍內想到。包含例如，改變至少一個構成要素的情形，追加的情形或省略的情形，進一步至少抽出一個構成要素，與別的實施形態的構成要素組合的情形。

Claims (14)

  1. 一種半導體光元件，具有：第一包覆層；具有形成為脊形狀的脊部的第二包覆層；及位於上述第一包覆層與上述第二包覆層之間，具有傳播光的光封閉層，其特徵在於：上述脊部，係從接近上述光封閉層側，依序具有脊下部、脊中間部、脊上部，上述脊中間部，垂直在上述光封閉層的光傳播方向的光軸的剖面的寬度，較上述脊下部及上述脊上部寬，上述脊下部的厚度，係上述脊部的厚度的10%以上15%以下的厚度。
  2. 如申請專利範圍第1項之半導體光元件，其中上述脊上部與上述脊下部以同樣的材料形成，上述脊中間部以與上述脊上部不同的材料形成。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之半導體光元件，其中上述脊中間部從上述脊下部伸出的部分與上述光封閉層之間形成空洞。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之半導體光元件，其中上述脊中間部從上述脊下部伸出的部分與上述光封閉層之間形成有機膜。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之半導體光元件，其中上述脊部，至少一部分以絕緣膜覆蓋，上述絕緣膜的外側以金屬覆蓋。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之半導體光元件，其中上述光封閉層，係電子與電洞結合放光的活性層。
  7. 如申請專利範圍第6項之半導體光元件，其中在上述脊中間部具有嵌入繞射光柵的區域。
  8. 如申請專利範圍第6項之半導體光元件，其中上述光封閉層與上述脊下部之間，具有嵌入繞射光柵的繞射光柵層。
  9. 如申請專利範圍第1或2項之半導體光元件，其中上述光封閉層，藉由施加電場而吸收光的主動層。
  10. 如申請專利範圍第1或2項之半導體光元件，其中上述光封閉層，係將傳播光的光導波路核層。
  11. 一種半導體光積體元件，將複數半導體光元件配置在共同的半導體基板，其特徵在於：上述複數半導體光元件，分別係申請專利範圍第1或2項之半導體光元件，上述複數半導體光元件的各個上述第一包覆層係以上述半導體基板形成。
  12. 一種半導體光元件的製造方法，其係申請專利範圍第1項之半導體光元件的製造方法，其特徵在於包含：在成為上述第一包覆層的半導體基板的一側，依序以光封閉層的材料形成第一半導體層、以上述脊下部的材料形成第二半導體層、以上述脊中間部的材料形成第三半導體層、以上述脊上部的材料形成第四半導體層的步驟；將上述第四半導體層蝕刻形成上述脊上部的步驟；及將上述第三半導體層及上述第二半導體層蝕刻，形成使上述第三半導體層形成為上述脊中間部的寬度，及將上述第二半導體層形成為上述脊下部的寬度的步驟。
  13. 如申請專利範圍第12項之半導體光元件的製造方法，其包含在形成上述第三半導體層之後，將上述第三半導體層的一部分去除形成繞射光柵嵌入部，在該繞射光柵嵌入部嵌入成長繞射光柵的步驟。
  14. 如申請專利範圍第12項之半導體光元件的製造方法，其中在形成上述第二半導體層之前，在上述第一半導體層的表面，以繞射光柵層的材料形成第五半導體層之後，去除上述第五半導體層的一部分形成繞射光柵嵌入部，在該繞射光柵嵌入部嵌入成長繞射光柵之後，在上述第五半導體層的表面形成上述第二半導體層。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6705554B1 (ja) * 2018-08-20 2020-06-03 三菱電機株式会社 半導体レーザ装置の製造方法
JP6981492B2 (ja) * 2018-08-20 2021-12-15 三菱電機株式会社 半導体レーザ装置の製造方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001274510A (ja) * 2000-03-28 2001-10-05 Toshiba Corp 導波路型光素子及びその製造方法
TWI268646B (en) * 2003-09-26 2006-12-11 Intel Corp Low resistance T-shaped ridge structure
US7496127B2 (en) * 2005-12-09 2009-02-24 Fujitsu Limited Optical device coupling light propagating in optical waveguide with diffraction grating
TWI383554B (zh) * 2007-01-31 2013-01-21 Oclaro Japan Inc 半導體雷射元件及其製造方法
US20140328363A1 (en) * 2013-05-02 2014-11-06 Electronics And Telecommunications Research Institute Ridge waveguide semiconductor laser diode and method for manufacturing the same
US20150333482A1 (en) * 2014-05-13 2015-11-19 California Institute Of Technology Index-coupled distributed-feedback semiconductor quantum cascade lasers fabricated without epitaxial regrowth

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2882335B2 (ja) * 1996-01-23 1999-04-12 日本電気株式会社 光半導体装置およびその製造方法
SG74039A1 (en) * 1998-01-21 2000-07-18 Inst Materials Research & Eng A buried hetero-structure inp-based opto-electronic device with native oxidized current blocking layer
JP2003069154A (ja) * 2001-06-11 2003-03-07 Sharp Corp 半導体レーザ素子およびその製造方法
JP2004342719A (ja) * 2003-05-14 2004-12-02 Toshiba Corp 半導体レーザ装置及びその製造方法
JPWO2005088790A1 (ja) * 2004-03-15 2008-01-31 三洋電機株式会社 半導体レーザ素子、およびその製造方法
JP3833674B2 (ja) * 2004-06-08 2006-10-18 松下電器産業株式会社 窒化物半導体レーザ素子
JP2006324427A (ja) 2005-05-18 2006-11-30 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザ
JP2010062273A (ja) * 2008-09-03 2010-03-18 Ricoh Co Ltd 半導体レーザアレイ素子
JP5454381B2 (ja) 2010-06-22 2014-03-26 三菱電機株式会社 リッジ型半導体光素子の製造方法
JP5707772B2 (ja) * 2010-08-06 2015-04-30 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法
JP6365357B2 (ja) * 2015-03-11 2018-08-01 三菱電機株式会社 光半導体装置の製造方法
JP2016184705A (ja) * 2015-03-26 2016-10-20 富士通株式会社 半導体光素子およびその製造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001274510A (ja) * 2000-03-28 2001-10-05 Toshiba Corp 導波路型光素子及びその製造方法
TWI268646B (en) * 2003-09-26 2006-12-11 Intel Corp Low resistance T-shaped ridge structure
US7496127B2 (en) * 2005-12-09 2009-02-24 Fujitsu Limited Optical device coupling light propagating in optical waveguide with diffraction grating
TWI383554B (zh) * 2007-01-31 2013-01-21 Oclaro Japan Inc 半導體雷射元件及其製造方法
US20140328363A1 (en) * 2013-05-02 2014-11-06 Electronics And Telecommunications Research Institute Ridge waveguide semiconductor laser diode and method for manufacturing the same
US20150333482A1 (en) * 2014-05-13 2015-11-19 California Institute Of Technology Index-coupled distributed-feedback semiconductor quantum cascade lasers fabricated without epitaxial regrowth

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