WO2023145416A1 - 光半導体素子、光集積素子、および光半導体素子の製造方法 - Google Patents

光半導体素子、光集積素子、および光半導体素子の製造方法 Download PDF

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WO2023145416A1
WO2023145416A1 PCT/JP2023/000317 JP2023000317W WO2023145416A1 WO 2023145416 A1 WO2023145416 A1 WO 2023145416A1 JP 2023000317 W JP2023000317 W JP 2023000317W WO 2023145416 A1 WO2023145416 A1 WO 2023145416A1
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layer
optical
mesa
semiconductor
substrate
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PCT/JP2023/000317
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English (en)
French (fr)
Inventor
賢一 宮島
和明 清田
竜也 木本
明博 今村
浩二 平岩
Original Assignee
古河電気工業株式会社
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer

Definitions

  • the present invention relates to an optical semiconductor device, an optical integrated device, and a method for manufacturing an optical semiconductor device.
  • optical semiconductor devices such as semiconductor laser devices and semiconductor optical amplifiers are known (for example, Patent Document 1).
  • an optical integrated device integrally including an optical semiconductor device and a portion having a waveguide (hereinafter, the portion is referred to as an optical functional device) is known as disclosed in Patent Document 1 (for example, Patent document 2).
  • the optical semiconductor element of Patent Document 1 has a projecting portion as an alignment portion with the optical functional element in the stacking direction, and a passivation film is provided at the tip of the projecting portion.
  • the passivation film tends to vary in film thickness and to peel off easily, resulting in poor alignment accuracy between the optical semiconductor element and the optical functional element, and consequently, poor coupling of light between the optical semiconductor element and the optical functional element. There was a possibility that it would become difficult to ensure efficiency.
  • a convex portion provided in the optical functional device is accommodated in a concave portion provided in the optical semiconductor device, and the concave portion and the convex portion are aligned in the stacking direction. ing.
  • the concave portion in the structure in which the convex portion is accommodated in the concave portion, the concave portion must be formed relatively large in order to accommodate the convex portion, and there is a risk that the optical semiconductor device and thus the optical integrated device will become large.
  • one of the objects of the present invention is, for example, to make it possible to more easily or more reliably secure the alignment accuracy between the optical semiconductor element and the optical functional element in the stacking direction of the semiconductor layers of the optical semiconductor element.
  • the optical semiconductor device of the present invention includes, for example, a substrate and a first mesa having a laminated structure in which a plurality of semiconductor layers are laminated on the substrate in a first direction, the first mesa including an active layer as the semiconductor layer.
  • a first protruding portion having a mesa and protruding from the substrate in the first direction; a second protrusion that protrudes in a direction, includes the same stacked structure as the first mesa, and exposes one of the plurality of semiconductor layers at an end in the first direction.
  • the optical semiconductor element may include a plurality of second protrusions as the second protrusions.
  • the first protrusion may be positioned between the plurality of second protrusions.
  • the first mesa as the semiconductor layer, is located on the side opposite to the substrate with respect to the active layer, and is exposed to a predetermined etchant or etching gas capable of etching other semiconductor layers. or the ratio of the etching rate to the etching rate of the other semiconductor layer is sufficiently small, and the second projecting portion is made of the same material as the first semiconductor layer as the semiconductor layer.
  • a second semiconductor layer may be formed, exposed at the end in the first direction and aligned with the first semiconductor layer in the second direction.
  • the first semiconductor layer may be a diffraction grating layer.
  • the second projecting portion is exposed at the end portion in the first direction as the semiconductor layer, is made of the same material as the active layer, and is aligned with the active layer in the second direction.
  • a second semiconductor layer may also be included.
  • the optical integrated device of the present invention includes, for example, an optical functional device having an optical waveguide including a core, and the optical semiconductor device.
  • the core and the active layer face a third direction crossing the first direction, having a contact portion located on the opposite side and in contact with the second protrusion.
  • the optical functional device may have a base, and the contact portion may be provided on a third projecting portion projecting from the base in a direction opposite to the first direction.
  • the optical semiconductor device has a first electrode spaced in the first direction with respect to the active layer, and the optical functional device has a second electrode provided on the base. , the first electrode and the second electrode may be electrically connected.
  • the method for manufacturing an optical semiconductor device of the present invention is, for example, a step of forming a laminated structure in which a plurality of semiconductor layers are laminated in a first direction on a substrate, wherein the plurality of semiconductor layers function as active layers.
  • the third semiconductor layer made of a material and the other semiconductor layer are not etched by a predetermined etchant or etching gas capable of etching, or the ratio of the etching rate to the etching rate of the other semiconductor layer is sufficiently small.
  • etch stop layer wherein the etch stop layer is a fourth semiconductor layer opposite the substrate with respect to the third semiconductor layer or is the third semiconductor layer; forming a plurality of mesas projecting from the substrate at locations spaced apart in a second direction that intersects the first direction by partially removing a structure on a side opposite the substrate; forming a current blocking layer so as to fill between the mesas; forming a conductor layer on the side of the third semiconductor layer opposite to the substrate; a first projecting portion including a certain first mesa, a portion of the current blocking layer adjacent to the first mesa, and a portion of the conductor layer opposite to the substrate with respect to the first mesa and etching a second mesa, which is different from the first mesa, out of the plurality of mesas using the predetermined etchant or etching gas so that the etching stop layer included in the second mesa is the and forming a second protrusion exposed at the end in the first direction.
  • a novel and improved optical semiconductor device, an optical integrated device, and a method for manufacturing an optical semiconductor device can be obtained.
  • FIG. 1 is an exemplary and schematic cross-sectional view of the optical semiconductor device of the first embodiment.
  • FIG. 2 is an exemplary and schematic plan view of the optical semiconductor device of the first embodiment.
  • FIG. 3 is an exemplary and schematic cross-sectional view of the optical integrated device of the first embodiment.
  • FIG. 4 is an exemplary and schematic side view of the optical integrated device of the first embodiment.
  • FIG. 5 is an exemplary and schematic cross-sectional view of a product during the manufacturing process of the optical semiconductor device of the first embodiment.
  • FIG. 6 is an exemplary and schematic cross-sectional view of the product in the middle of the manufacturing process of the optical semiconductor device of the first embodiment at a stage after FIG. 5 .
  • FIG. 7 is an exemplary and schematic cross-sectional view of a product in the middle of the manufacturing process of the optical semiconductor device of the first embodiment at a stage after FIG. 6 .
  • FIG. 8 is an exemplary schematic plan view of the product during the manufacturing process of the optical semiconductor device of the first embodiment at the same stage as FIG. 7 .
  • FIG. 9 is an exemplary and schematic cross-sectional view of the product during the manufacturing process of the optical semiconductor device of the first embodiment at a stage after FIGS.
  • FIG. 10 is an exemplary and schematic cross-sectional view of the product during the manufacturing process of the optical semiconductor device of the first embodiment at a stage after FIG. 9 .
  • FIG. 11 is an exemplary and schematic cross-sectional view of the product in the middle of the manufacturing process of the optical semiconductor device of the first embodiment at a stage after FIG. 10 .
  • FIG. 12 is an exemplary and schematic cross-sectional view of the optical semiconductor device of the second embodiment.
  • FIG. 13 is an exemplary and schematic cross-sectional view of the optical semiconductor device of the third embodiment.
  • FIG. 14 is an exemplary and schematic plan view of the optical semiconductor device of the fourth embodiment.
  • Exemplary embodiments of the present invention are disclosed below.
  • the configurations of the embodiments shown below and the actions and results (effects) brought about by the configurations are examples.
  • the present invention can be realized by configurations other than those disclosed in the following embodiments.
  • the X direction is indicated by the arrow X
  • the Y direction is indicated by the arrow Y
  • the Z direction is indicated by the arrow Z.
  • the X-, Y-, and Z-directions intersect each other and are orthogonal to each other.
  • the X direction is referred to as the longitudinal direction or extension direction
  • the Y direction as the lateral direction or width direction
  • the Z direction as the stacking direction or height direction.
  • each figure is a schematic diagram for the purpose of explanation, and the vertical and horizontal scales and ratios of each figure and the actual product do not necessarily match.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an optical semiconductor device 100 according to the first embodiment.
  • the optical semiconductor device 100 includes a substrate 10 , a first protrusion 11 and two second protrusions 12 .
  • the substrate 10 has a substantially constant thickness in the Z direction and spreads across the Z direction.
  • the substrate 10 has a surface 10a and a surface 10b.
  • the surface 10a faces the Z direction and intersects the Z direction.
  • the surface 10b is located on the opposite side of the surface 10a, faces in the direction opposite to the Z direction, and intersects the Z direction.
  • the substrate 10 is made of n-InP, for example.
  • the first protrusion 11 protrudes from the surface 10a of the substrate 10 in the Z direction.
  • the two second protrusions 12 each protrude in the Z direction from the surface 10a.
  • One of the two second protrusions 12 is spaced from the first protrusion 11 in the Y direction, and the other of the two second protrusions 12 is spaced from the first protrusion 11 in the Y direction. spaced apart in opposite directions. That is, the first protrusion 11 is positioned between the two second protrusions 12 .
  • the Z direction is an example of a first direction
  • the Y direction is an example of a second direction.
  • the number of the second protrusions 12 is two in the present embodiment, the number of the second protrusions 12 may be one or three or more. Moreover, when the number of the second projecting portions 12 is three or more, the first projecting portion 11 may be positioned between the three or more second projecting portions 12 .
  • the first protruding portion 11 is, for example, a portion that functions as a known laser emitting element, and can also be called a functional portion.
  • the second projecting portion 12 is a portion used for alignment in the Z direction between the optical semiconductor element 100 and the optical functional element 200 (see FIGS. 3 and 4), and can also be called an alignment portion.
  • the Z-direction end 12 a of the second projecting portion 12 is the contact portion with the optical functional element 200 .
  • An end portion 12a of the second projecting portion 12 is a plane facing the Z direction and intersecting with the Z direction.
  • the end portion 12a may also be referred to as an end surface or a contact surface.
  • FIG. 2 is a plan view of the optical semiconductor device 100.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the optical semiconductor device 100 taken along line II in FIG.
  • Each of the first projecting portion 11 and the second projecting portion 12 has the cross-sectional shape shown in FIG. 1 and extends in the X direction with a width in the Y direction and a height in the Z direction.
  • the first protruding portion 11 extends between an X-direction end face 11c of the optical semiconductor element 100 and an end face 11d opposite to the X-direction.
  • Each of the second projecting portions 12 extends with a predetermined length at substantially the center portion of the optical semiconductor element 100 in the X direction.
  • the length of the second protrusion 12 in the X direction is approximately half the length of the optical semiconductor element 100 and the first protrusion 11 in the X direction, but is not limited to this.
  • the length in the X direction of the second projecting portion 12 is preferably 1/3 or more of the length in the X direction of the optical semiconductor element 100 and the first projecting portion 11 .
  • the first projecting portion 11 includes a mesa 21 and the second projecting portion 12 includes a mesa 22 .
  • Mesa 21 is an example of a first mesa
  • mesa 22 is an example of a second mesa.
  • the mesa 21 and mesa 22 are made by the same semiconductor process. Therefore, the mesa 21 and the mesa 22 include a plurality of stacked same semiconductor layers (the first layer 20a to the sixth layer 20f) and have partially the same stacked structure. That is, the same semiconductor layers included in the mesas 21 and 22 are made of the same material, are aligned in the Y direction, and have the same position in the Z direction from the surface 10 a of the substrate 10 . However, since the Z-direction end of the mesa 22 is removed by etching, the Z-direction end of the mesa 21 includes a semiconductor layer (layer 20d2 farthest from the substrate 10) that is not included in the mesa 22.
  • the mesas 21 and 22 are a first layer 20a, a second layer 20b, a third layer 20c, a fourth layer 20d, a fifth layer 20e, and a layer 20d1 laminated in the Z direction from the surface 10a of the substrate 10. , and a sixth layer 20f.
  • the mesa 21 also has a layer 20d2 on the sixth layer 20f, that is, on the side opposite to the substrate 10 with respect to the sixth layer 20f.
  • the first layer 20a has a laminated structure including, for example, n-InP and n-InGaAsP, and functions as a buffer layer in the mesa 21.
  • the second layer 20b is made of n-InP and functions as a cladding layer in the mesa 21.
  • the third layer 20c has a laminated structure containing n-InGaAsP, for example, and acts as the active layer 11a in the mesa 21.
  • the fourth layer 20d is made of p-InP, for example.
  • the fifth layer 20e includes, for example, first portions made of p-InGaAsP arranged at predetermined intervals in the X direction, and second portions made of p-InP filling the first portions adjacent to each other in the X direction. ,have.
  • fifth layer 20e functions as diffraction grating layer 11b.
  • a layer 20d1 made of the same material as the fourth layer 20d is provided on the opposite side of the substrate 10 to the fifth layer 20e.
  • the fifth layer 20e is sandwiched between the fourth layer 20d and the layer 20d1.
  • the sixth layer 20f is made of p-InGaAsP, for example.
  • the sixth layer 20f is a so-called quaternary layer, and includes a predetermined etchant (eg, hydrochloric acid) or an etching gas (eg, methane) that can etch other semiconductor layers (eg, a clad layer made of InP). mixed gas such as hydrogen), or the ratio of the etching rate to the etching rate of other semiconductor layers is sufficiently small (for example, 1/10 or less).
  • the sixth layer 20f may also be referred to as an etch stop layer.
  • the sixth layer 20f is located on the side opposite to the substrate 10 with respect to the third layer 20c functioning as the active layer 11a.
  • the mesa 22 constitutes the second projecting portion 12 .
  • the sixth layer 20f is exposed at the Z-direction end of the mesa 22, that is, the second protrusion 12, and constitutes the end 12a. 1, no other layer such as a passivation film is formed on the sixth layer 20f of the second protruding portion 12.
  • the sixth layer 20f of the mesa 21 is an example of the first semiconductor layer
  • the sixth layer 20f of the mesa 22 is an example of the second semiconductor layer.
  • a layer 20d2 made of the same material as the fourth layer 20d is provided on the opposite side of the substrate 10 to the sixth layer 20f.
  • the mesa 21 is surrounded by the current blocking layers 20g and 20h adjacent in the Y direction and the opposite Y direction, and the clad layer 20i adjacent in the Z direction.
  • the current blocking layer 20g is made of p-InP, for example, and the current blocking layer 20h is made of n-InP, for example.
  • the cladding layer 20i is made of, for example, p-InP.
  • a contact layer 20j is laminated on the opposite side of the substrate 10 to the clad layer 20i.
  • the contact layer 20j is made of p-InGaAsP, for example.
  • An electrode 31 is provided on the contact layer 20j.
  • the electrode 31 is a P-side electrode and is separated from the active layer 11a in the Z direction.
  • the electrode 31 has, for example, a base layer 31a, a barrier layer 31b, and a thick film layer 31c stacked in the Z direction from the contact layer 20j.
  • the base layer 31a has a laminated structure containing, for example, Au and AuZn
  • the barrier layer 31b contains, for example, Pt
  • the thick film layer 31c contains, for example, Au.
  • Electrode 31 is an example of a first electrode.
  • the Y direction and the side surface opposite to the Y direction of the first projecting portion 11 are covered with an insulating film 20n.
  • the insulating film 20n is made of SiN, for example.
  • the electrode 32 is provided on the surface 10 b of the substrate 10 .
  • the electrode 32 is an N-side electrode and has a laminated structure containing, for example, AuGe, Ni, and Au.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of an optical integrated device 300 including the optical semiconductor device 100 and the optical functional device 200 of this embodiment shown in FIGS. As shown in FIG. 3, in the optical integrated device 300, the optical semiconductor device 100 and the optical functional device 200 overlap in the Z direction. Optical functional device 200 may also be referred to as a silicon platform. FIG. 3 shows a state in which the optical semiconductor device 100 and the optical functional device 200 are aligned.
  • the optical functional element 200 includes a base 201 , protrusions 202 and electrodes 204 .
  • the base 201 has a substantially constant thickness in the Z direction and spreads across the Z direction.
  • the base 201 has a surface 201a.
  • the surface 201a faces the direction opposite to the Z direction and intersects the Z direction.
  • the protrusion 202 protrudes from the surface 201a in the direction opposite to the Z direction.
  • the projecting portion 202 is provided so as to be aligned in the Z direction and in contact with the second projecting portion 12 of the optical semiconductor element 100 in the Z direction.
  • the optical functional device 200 has two protrusions 202 corresponding to the second protrusions 12 respectively.
  • the length in the X direction and the width in the Y direction of the protruding portion 202 are set corresponding to the second protruding portion 12 .
  • the length of the protrusion 202 in the X direction is longer than the length of the second protrusion 12 in the X direction
  • the width of the protrusion 202 in the Y direction is the width of the second protrusion 12 in the Y direction. is wider than, but not limited to, the width of
  • the optical semiconductor element 100 and The optical functional element 200 contact each other, the optical semiconductor element 100 and The optical functional element 200 is aligned in the Z direction.
  • the end portion 202 a is located on the side opposite to the substrate 10 with respect to the second projecting portion 12 of the optical semiconductor element 100 and is in contact with the end portion 12 a of the second projecting portion 12 .
  • the end portion 202a is an example of a contact portion
  • the protruding portion 202 is an example of a third protruding portion.
  • the electrode 204 is provided on the surface 201a and faces the electrode 31 of the optical semiconductor element 100 with a gap (not shown) in the Z direction. Electrodes 31 and 204 are electrically connected via joints 50 such as AuSn solder bumps, for example.
  • the optical functional device 200 includes a base 201 and a protruding portion 202 protruding from the base 201 in the direction opposite to the Z direction. A portion in which the electrode 31 and the electrode 204 are electrically connected via the joint portion 50 can be provided between . According to such a configuration, the distance between the electrode 31 and the electrode 204 can be shortened, and the effect of further reducing the electrical resistance between the electrode 31 and the electrode 204 can be obtained.
  • Electrode 204 is an example of a second electrode.
  • FIG. 4 is a side view of part of an optical integrated device 300 including the optical semiconductor device 100 and the optical functional device 200 of this embodiment shown in FIGS.
  • the optical functional element 200 has a body 203 as shown in FIG.
  • An optical waveguide including a core 203a extending in the X direction is provided inside the body 203 .
  • the active layer 11a and the core 203a face the X direction and are aligned in the X direction.
  • Laser light output from the active layer 11a at the end surface 11c is coupled to the core 203a and transmitted within the core 203a.
  • the X direction is an example of a third direction.
  • the active layer 11a and the core 203a are displaced in the Z direction, the light coupling efficiency between the active layer 11a and the core 203a is reduced.
  • the distance ⁇ 1 between the Z-direction center of the active layer 11a and the end portion 12a of the second protrusion 12 and the Z-direction center of the core 203a and the Z-direction opposite of the protrusion 202 The active layer 11a and the core 203a can be aligned in the Z direction by aligning the distance ⁇ 2 from the direction end 202a.
  • the mesa 21 included in the first projecting portion 11 and the mesa 22 included in the second projecting portion 12 have the same laminated structure in which a plurality of semiconductor layers are laminated. have. Therefore, as shown in FIG. 1, the distance ⁇ 1 is set between the Z-direction center of the third layer 20c functioning as the active layer 11a in the mesa 21 and the end portion 12a in the mesa 22 (second projecting portion 12). As the distance ⁇ 1 in the Z direction between the sixth layer 20f and the end portion 12a in the Z direction, the layer thickness of each semiconductor layer can be controlled more easily in the manufacturing process (crystal growth process) of the mesas 21 and 22. And it can be set more accurately.
  • the end portion 12a of the second projecting portion 12 is not covered with another layer such as a passivation film.
  • the alignment accuracy in the Z direction is not lowered due to the above. Therefore, according to the present embodiment, the optical semiconductor element 100 and the optical functional element 200 can be easily and accurately separated in the Z direction, that is, in the stacking direction of the semiconductor layers in the optical semiconductor element 100, as compared with the conventional configuration. Alignment is possible, and the effect of being able to suppress a decrease in optical coupling efficiency is obtained.
  • the optical semiconductor element 100 includes a plurality of second protrusions 12 . Furthermore, the first protrusion 11 is positioned between the plurality of second protrusions 12 . According to such a configuration, it is possible to obtain an effect that the optical semiconductor element 100 can be more stably supported by the plurality of second protrusions 12 .
  • FIG. 5-7 and 9-11 are cross-sectional views of the product
  • FIG. 8 is a plan view of the product at the same stage as FIG.
  • the product may also be referred to as a laminate structure.
  • a first layer 20a, a second layer 20b, a third layer 20c, a fourth layer 20d, and a first portion of the diffraction grating layer 11b are formed on a substrate 10 as a wafer.
  • the layer 20e1 and the layer 20d1 formed on the diffraction grating layer 11b are laminated by crystal growth.
  • Layer 20e1 is made of p-InGaAsP.
  • the third layer 20c functioning as the active layer 11a in the mesa 21 is an example of a third semiconductor layer.
  • layers 20e1 and 20d1 are selectively removed at intervals in the X direction by etching in the product of FIG. After that, the removed portion is filled with p-InP, thereby forming a fifth layer 20e functioning as the diffraction grating layer 11b in the mesa 21 and a layer 20d1 on the fifth layer 20e.
  • a sixth layer 20f, a layer 20d2, a sacrificial layer 20k, and a mask layer 20m are formed on the layer 20d1 formed on the fifth layer 20e.
  • the sacrificial layer 20k is made of InGaAsP, for example, and the mask layer 20m is made of SiN, for example.
  • the mask layer 20m formed in FIG. 7 is shaped, for example, so as to have a planar shape shown in FIG.
  • portions not covered with the mask layer 20m are removed by etching, and recesses are formed on the opposite side of the mask layer 20m and the sacrificial layer 20k in the Z direction.
  • C and mesas 21 and 22 are formed. That is, by partially removing the product of FIG. It is formed.
  • the sacrificial layer 20k plays a role of shaping the side surfaces of the mesas 21 and 22 so as to form gently curved surfaces along the Z direction.
  • current blocking layers 20g and 20h are formed so as to fill the recess C (see FIG. 9) between the mesas 21 and 22.
  • the mask layer 20m and sacrificial layer 20k are removed from the product of FIG.
  • a base layer 31a, a barrier layer 31b, and a thick film layer 31c are laminated.
  • the contact layer 20j, the base layer 31a, the barrier layer 31b, and the thick film layer 31c are examples of conductor layers.
  • a first projecting portion 11 including a mesa 21 (with no insulating film 20n) and a second projecting portion 12 as a mesa 22 are formed.
  • the first protruding portion 11 includes the mesa 21, the portions of the current blocking layers 20g and 20h, the cladding layer 20i, and the contact layer 20j adjacent to the mesa 21 (peripheral portions of the mesa 21 covering the mesa 21), and the electrode 31. and including.
  • the sixth layer 20f functions as an etching stop layer at the mesa 22 (second projecting portion 12), and the sixth layer 20f is exposed at the Z-direction end portion 12a of the second projecting portion 12. will do.
  • the sixth layer 20f is an example of a fourth semiconductor layer.
  • the end surface of the substrate 10 opposite to the Z direction is polished to form the surface 10b, and then the electrode 32 is formed on the surface 10b by vapor deposition lift-off, for example.
  • the electrodes 31, 32, and the semiconductor layers of the first protruding portion 11 are ohmic-connected by heat treatment at about 400° C., for example. Also, the side surface of the first protruding portion 11 is covered with the insulating film 20n.
  • a wafer (not shown) subjected to the above-described processing is cleaved, a low-reflection coating is applied to the X-direction end face 11c (see FIG. 2), and a high-reflection coating is applied to the opposite end face 11d in the X-direction. Thereby, the optical semiconductor device 100 shown in FIGS. 1 and 2 is completed.
  • the optical semiconductor element 100 and the optical functional element 200 can be easily and easily separated in the Z direction, that is, in the stacking direction of the semiconductor layers in the optical semiconductor element 100. Alignment can be performed with higher accuracy, and a decrease in optical coupling efficiency between the optical semiconductor device 100 and the optical functional device 200 can be more easily and reliably suppressed. That is, according to the present embodiment, a novel improved optical semiconductor device 100, an improved optical integrated device 300, and a method for manufacturing the optical semiconductor device 100 can be obtained.
  • the height of the second projecting portion 12 in the Z direction is lower than the height of the first projecting portion 11 in the Z direction.
  • the end portion 12a and the end portion 202a of the projecting portion 202 of the optical functional element 200 are in contact with each other.
  • the optical integrated device 300 of the present embodiment has a structure in which the second projecting portion 12 and the projecting portion 202 are in contact with each other. can do.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of an optical semiconductor device 100A of the second embodiment.
  • 100 A of optical semiconductor elements are provided with the same structure as the optical semiconductor element 100 of the said 1st Embodiment except the cross-sectional shape being different.
  • the fifth layer 20e that becomes the diffraction grating layer 11b is exposed at the mesa 21 at the end 12a of the second projecting portion 12.
  • the fifth layer 20e is also a so-called quaternary layer and can function as an etch stop layer that is not etched by a predetermined etchant or etching gas that etches other semiconductor layers. Therefore, the fifth layer 20e that becomes the diffraction grating layer 11b in the mesa 21 can be used as the end portion 12a of the second projecting portion 12 as in the present embodiment.
  • the fifth layer 20e of the mesa 21 is an example of the first semiconductor layer
  • the fifth layer 20e of the mesa 22 is an example of the second semiconductor layer
  • the fifth layer 20e is an example of a fourth semiconductor layer.
  • This embodiment also provides the same effects as the first embodiment. Further, according to the present embodiment, in the mesa 22, the distance ⁇ 1 from the third layer 20c, which becomes the active layer 11a in the mesa 21, to the end portion 12a can be set lower. As a result, it is possible to further reduce the influence on the distance ⁇ 1 due to variations in the thickness of the semiconductor layer located on the opposite side of the substrate 10 with respect to the third layer 20c, thereby further reducing the reduction in light coupling efficiency. In some cases, it can be further suppressed.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of an optical semiconductor device 100B of the third embodiment.
  • the optical semiconductor device 100B has the same configuration as the optical semiconductor device 100 of the first embodiment except that the cross-sectional shape is different.
  • the third layer 20c that becomes the active layer 11a is exposed at the mesa 21 at the end 12a of the second projecting portion 12.
  • the third layer 20c is also a so-called quaternary layer and can function as an etch stop layer that is not etched by a predetermined etchant or etching gas that etches other semiconductor layers. Therefore, the third layer 20c that becomes the active layer 11a in the mesa 21 can be used as the end portion 12a of the second projecting portion 12 as in the present embodiment.
  • This embodiment also provides the same effects as the first embodiment.
  • the distance ⁇ 1 from the third layer 20c, which becomes the active layer 11a in the mesa 21, to the end portion 12a can be set even lower.
  • it is possible to further reduce the influence on the distance ⁇ 1 due to variations in the thickness of the semiconductor layer located on the opposite side of the substrate 10 with respect to the third layer 20c, thereby further reducing the reduction in the light coupling efficiency. can be suppressed.
  • FIG. 14 is a plan view of an optical semiconductor device 100C of the fourth embodiment.
  • the optical semiconductor element 100C has the same configuration as the optical semiconductor element 100 of the first embodiment except that the shape and arrangement of the second projecting portion 12 are different.
  • two second protrusions 12 are provided on both sides of the first protrusion 11 in the Y direction, the second protrusions 12 being spaced apart in the X direction. Even with such a configuration, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. Further, according to the present embodiment, the effect that the weight of the optical semiconductor element 100 can be reduced by the amount that the second projecting portion 12 can be configured to be smaller can be obtained.
  • the optical functional element 200 may be provided with the same number of protrusions 202 as the second protrusions 12 corresponding to each of the second protrusions 12, or may be provided with a plurality of second protrusions 12 corresponding to A smaller number of protrusions 202 than the second protrusions 12 may be provided. Further, it is preferable that the X-direction centers of the two second projecting portions 12 arranged in the X-direction are separated from each other by 1 ⁇ 3 or more of the length of the optical semiconductor element 100 .
  • the present invention can be used for an optical semiconductor device, an optical integrated device, and a method for manufacturing an optical semiconductor device.
  • Layer 20f Sixth layer (semiconductor layer, first semiconductor layer, second semiconductor layer, fourth semiconductor layer, etching stop layer) 20g...Current blocking layer (semiconductor layer) 20h... Current blocking layer (semiconductor layer) 20i... clad layer (semiconductor layer) 20j... Contact layer (semiconductor layer) 20k... sacrificial layer 20m... mask layer 20n... insulating film 21... mesa (first mesa) 22 Mesa (Second Mesa) 31... Electrode (first electrode) 31a... Base layer 31b... Barrier layer 31c... Thick film layer 32... Electrode 50... Junction parts 100, 100A to 100C... Optical semiconductor element 200...
  • Optical functional element 201 Base 201a... Surface 202... Protruding part (third protruding part) 202a... End (contact portion) 203... Body 203a... Core 203b... End surface 204... Electrode (second electrode) 300... Optical integrated element C... Concave portion X... Direction (third direction) Y... direction (second direction) Z direction (first direction) ⁇ 1 Distance ⁇ 2 Distance

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Abstract

光半導体素子は、例えば、基板と、基板上に複数の半導体層が第一方向に積層された積層構造を有する第一メサであって、半導体層として活性層を含む第一メサを有し、基板から第一方向に突出した第一突出部と、第一突出部に対して第一方向と交差した第二方向に離間した位置で基板から第一方向に突出し、第一メサと同じ積層構造を含み、第一方向の端部において複数の半導体層のうち一つが露出した、第二突出部と、を備える。

Description

光半導体素子、光集積素子、および光半導体素子の製造方法
　本発明は、光半導体素子、光集積素子、および光半導体素子の製造方法に関する。
　従来、半導体レーザ素子や半導体光増幅器のような光半導体素子が知られている（例えば、特許文献１）。また、従来、特許文献１のような光半導体素子と導波路を有した部位（以下、当該部位を光機能素子と称する）とを一体に備えた光集積素子が、知られている（例えば、特許文献２）。
国際公開第２０２１／０２４９９７号 特開２０１７－０９２２６２号公報
　この種の光集積素子では、光半導体素子の半導体層の積層方向における光半導体素子と光機能素子との位置合わせ精度が低いと、光半導体素子と光機能素子との光の結合効率が低下してしまう。
　特許文献１の光半導体素子は、積層方向における光機能素子との位置合わせ部として突出部を有し、当該突出部の先端には、パッシベーション膜が設けられている。
　しかしながら、パッシベーション膜は、膜厚のばらつきが生じやすかったり、剥がれが生じやすかったりすることにより、光半導体素子と光機能素子との位置合わせ精度、ひいては光半導体素子と光機能素子との光の結合効率を確保し難くなる虞があった。
　また、特許文献２の光集積素子では、光半導体素子に設けられた凹部に、光機能素子に設けられた凸部が収容され、当該凹部と凸部とで、積層方向における位置合わせが行われている。
　しかしながら、凹部に凸部を収容する構造では、凸部を収容するために凹部を比較的大きく形成せざるを得ず、光半導体素子ひいては光集積素子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、光半導体素子の半導体層の積層方向における光半導体素子と光機能素子との位置合わせ精度をより容易にあるいはより確実に確保することが可能となるとともにより小型化することが可能となるような、新規な改善された光半導体素子、光集積素子、および光半導体素子の製造方法を得ることである。
　本発明の光半導体素子は、例えば、基板と、前記基板上に複数の半導体層が第一方向に積層された積層構造を有する第一メサであって、前記半導体層として活性層を含む第一メサを有し、前記基板から前記第一方向に突出した第一突出部と、前記第一突出部に対して前記第一方向と交差した第二方向に離間した位置で前記基板から前記第一方向に突出し、前記第一メサと同じ積層構造を含み、前記第一方向の端部において前記複数の半導体層のうち一つが露出した、第二突出部と、を備える。
　前記光半導体素子は、前記第二突出部として、複数の第二突出部を備えてもよい。
　前記光半導体素子では、前記第一突出部が、前記複数の第二突出部の間に位置してもよい。
　前記光半導体素子では、前記第一メサは、前記半導体層として、前記活性層に対して前記基板とは反対側に位置し、他の半導体層をエッチング可能な所定のエッチング液またはエッチングガスに対してエッチングされないかあるいは当該他の半導体層のエッチングレートに対するエッチングレートの比が十分に小さい第一半導体層を含み、前記第二突出部は、前記半導体層として、前記第一半導体層と同じ材料で作られ、前記第一方向の端部において露出し、かつ前記第一半導体層と前記第二方向に並んだ第二半導体層を含んでもよい。
　前記光半導体素子では、前記第一半導体層は、回折格子層であってもよい。
　前記光半導体素子では、前記第二突出部は、前記半導体層として、前記第一方向の端部において露出し、前記活性層と同じ材料で作られるとともに、前記活性層と前記第二方向に並んだ第二半導体層を含んでもよい。
　本発明の光集積素子は、例えば、コアを含む光導波路を有した光機能素子と、上記光半導体素子と、を備え、前記光機能素子は、前記第二突出部に対して前記基板とは反対側に位置し当該第二突出部と接した接触部を有し、前記コアと前記活性層とが、前記第一方向と交差した第三方向に面する。
　前記光集積素子では、前記光機能素子は、ベースを有し、前記接触部は、前記ベースから前記第一方向の反対方向に突出した第三突出部に設けられてもよい。
　前記光集積素子では、前記光半導体素子は、前記活性層に対して前記第一方向に離間した第一電極を有し、前記光機能素子は、前記ベースに設けられた第二電極を有し、前記第一電極と前記第二電極とが電気的に接続されてもよい。
　本発明の光半導体素子の製造方法は、例えば、基板上に、複数の半導体層を第一方向に積層した積層構造を形成する工程であって、前記複数の半導体層が、活性層として機能する材料で作られた第三半導体層と、他の半導体層をエッチング可能な所定のエッチング液またはエッチングガスに対してエッチングされないかあるいは当該他の半導体層のエッチングレートに対するエッチングレートの比が十分に小さいエッチング停止層と、を含み、当該エッチング停止層は、前記第三半導体層に対して前記基板とは反対側の第四半導体層であるかまたは前記第三半導体層である、工程と、前記積層構造を前記基板とは反対側で部分的に除去することにより、前記第一方向と交差した第二方向に離間した複数箇所において前記基板から突出した複数のメサを形成する工程と、前記複数のメサの間を埋めるように電流阻止層を形成する工程と、前記第三半導体層に対して前記基板とは反対側に、導体層を形成する工程と、前記複数のメサのうちの一つである第一メサと、前記電流阻止層のうち当該第一メサと隣り合う部位と、前記導体層のうち前記第一メサに対して前記基板とは反対側の部位と、を含む第一突出部を形成する工程と、前記複数のメサのうち前記第一メサとは異なる第二メサに対する前記所定のエッチング液またはエッチングガスを用いたエッチングにより、前記第二メサに含まれる前記エッチング停止層が前記第一方向の端部に露出した第二突出部を形成する工程と、を備える。
　本発明によれば、新規な改善された光半導体素子、光集積素子、および光半導体素子の製造方法を得ることができる。
図１は、第１実施形態の光半導体素子の例示的かつ模式的な断面図である。 図２は、第１実施形態の光半導体素子の例示的かつ模式的な平面図である。 図３は、第１実施形態の光集積素子の例示的かつ模式的な断面図である。 図４は、第１実施形態の光集積素子の例示的かつ模式的な側面図である。 図５は、第１実施形態の光半導体素子の製造工程の途中の生成物の例示的かつ模式的な断面図である。 図６は、第１実施形態の光半導体素子の製造工程の途中の生成物の図５の後の段階における例示的かつ模式的な断面図である。 図７は、第１実施形態の光半導体素子の製造工程の途中の生成物の図６の後の段階における例示的かつ模式的な断面図である。 図８は、第１実施形態の光半導体素子の製造工程の途中の生成物の図７と同じ段階における例示的かつ模式的な平面図である。 図９は、第１実施形態の光半導体素子の製造工程の途中の生成物の図７，８の後の段階における例示的かつ模式的な断面図である。 図１０は、第１実施形態の光半導体素子の製造工程の途中の生成物の図９の後の段階における例示的かつ模式的な断面図である。 図１１は、第１実施形態の光半導体素子の製造工程の途中の生成物の図１０の後の段階における例示的かつ模式的な断面図である。 図１２は、第２実施形態の光半導体素子の例示的かつ模式的な断面図である。 図１３は、第３実施形態の光半導体素子の例示的かつ模式的な断面図である。 図１４は、第４実施形態の光半導体素子の例示的かつ模式的な平面図である。
　以下、本発明の例示的な実施形態が開示される。以下に示される実施形態の構成、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。
　以下に示される複数の実施形態は、同様の構成を備えている。よって、各実施形態の構成によれば、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、方向や、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。
　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。また、以下では、Ｘ方向を長手方向若しくは延び方向、Ｙ方向を短手方向若しくは幅方向、Ｚ方向を積層方向若しくは高さ方向と称する。
　また、各図は説明を目的とした模式図であって、各図と実物とで縦および横のスケールや比率は、必ずしも一致しない。
（第１実施形態）
（光半導体素子の構造）
　図１は、第１実施形態の光半導体素子１００の断面図である。図１に示されるように、光半導体素子１００は、基板１０と、第一突出部１１と、二つの第二突出部１２と、を備えている。
　基板１０は、Ｚ方向に略一定の厚さを有し、Ｚ方向と交差して広がっている。基板１０は、面１０ａと、面１０ｂと、を有している。面１０ａは、Ｚ方向を向くとともに、Ｚ方向と交差している。また、面１０ｂは、面１０ａとは反対側に位置し、Ｚ方向の反対方向を向くとともに、Ｚ方向と交差している。基板１０は、例えば、n-InPで作られている。
　第一突出部１１は、基板１０の面１０ａからＺ方向に突出している。また、二つの第二突出部１２は、それぞれ、面１０ａからＺ方向に突出している。二つの第二突出部１２のうちの一つは、第一突出部１１からＹ方向に離間し、二つの第二突出部１２のうちのもう一つは、第一突出部１１からＹ方向の反対方向に離間している。すなわち、第一突出部１１は、二つの第二突出部１２の間に位置している。Ｚ方向は、第一方向の一例であり、Ｙ方向は、第二方向の一例である。なお、本実施形態では、第二突出部１２の数は２であるが、第二突出部１２の数は１や３以上であってもよい。また、第二突出部１２の数が３以上である場合において、第一突出部１１は、当該３以上の第二突出部１２の間に位置してもよい。
　第一突出部１１は、例えば、公知のレーザ発光素子として機能する部位であり、機能部とも称されうる。また、第二突出部１２は、光半導体素子１００と光機能素子２００（図３，４参照）とのＺ方向の位置合わせに用いられる部位であり、位置合わせ部とも称されうる。第二突出部１２のＺ方向の端部１２ａが、光機能素子２００との接触部となる。第二突出部１２の端部１２ａは、Ｚ方向を向き、当該Ｚ方向と交差した平面である。端部１２ａは、端面、あるいは接触面とも称されうる。
　図２は、光半導体素子１００の平面図である。図２に示されるように、第一突出部１１および第二突出部１２ともに、基板１０上でＸ方向に延びている。図１は、図２のI－I位置における光半導体素子１００の断面図である。第一突出部１１および第二突出部１２は、いずれも図１に示される断面形状で、Ｙ方向における幅およびＺ方向における高さで、Ｘ方向に延びている。第一突出部１１は、光半導体素子１００のＸ方向の端面１１ｃとＸ方向の反対方向の端面１１ｄとの間で延びている。第二突出部１２は、それぞれ、光半導体素子１００のＸ方向の略中央部において、所定長さで延びている。第二突出部１２のＸ方向の長さは、光半導体素子１００および第一突出部１１のＸ方向の長さの略半分程度であるが、これには限定されない。ただし、第二突出部１２のＸ方向の長さは、光半導体素子１００および第一突出部１１のＸ方向の長さの１／３以上であるのが好ましい。
　図１に示されるように、第一突出部１１はメサ２１を含み、第二突出部１２はメサ２２を含んでいる。メサ２１は、第一メサの一例であり、メサ２２は、第二メサの一例である。
　メサ２１およびメサ２２は、同じ半導体プロセスで作られる。このため、メサ２１およびメサ２２は、積層された複数の同じ半導体層（第一層２０ａ～第六層２０ｆ）を含んでおり、部分的に同じ積層構造を有している。すなわち、メサ２１，２２に含まれる同じ半導体層は、同じ材料で作られるとともに、Ｙ方向に並び、基板１０の面１０ａからのＺ方向における位置が同じである。ただし、メサ２２のＺ方向の端部はエッチングにより除去されているため、メサ２１のＺ方向の端部には、メサ２２には含まれない半導体層（基板１０から最も遠い層２０ｄ２）が含まれている。具体的に、メサ２１，２２は、基板１０の面１０ａからＺ方向に積層された、第一層２０ａ、第二層２０ｂ、第三層２０ｃ、第四層２０ｄ、第五層２０ｅ、層２０ｄ１、および第六層２０ｆを有している。また、メサ２１は、さらに、第六層２０ｆ上、すなわち、当該第六層２０ｆに対して基板１０とは反対側に、層２０ｄ２を有している。
　第一層２０ａは、例えば、n-InPとn-InGaAsPとを含む積層構造を有しており、メサ２１においては、バッファ層として機能する。また、第二層２０ｂは、n-InPで作られており、メサ２１においては、クラッド層として機能する。なお、メサ２１においては、第一層２０ａと第二層２０ｂとを合わせて、クラッド層と称してもよい。
　第三層２０ｃは、例えば、n-InGaAsPを含んだ積層構造を有しており、メサ２１においては、活性層１１ａとして作動する。
　第四層２０ｄは、例えば、p-InPで作られている。第五層２０ｅは、例えば、Ｘ方向に所定間隔で配置されp-InGaAsPで作られた第一部位と、Ｘ方向に隣り合う第一部位間を埋めるp-InPで作られた第二部位と、を有している。メサ２１において、第五層２０ｅは、回折格子層１１ｂとして機能する。そして、この第五層２０ｅに対して基板１０の反対側には、第四層２０ｄと同じ材料で作られた層２０ｄ１が設けられている。第五層２０ｅは、第四層２０ｄと層２０ｄ１との間に挟まれている。
　第六層２０ｆは、例えば、p-InGaAsPで作られている。第六層２０ｆは、所謂四元層であり、他の半導体層（例えばInPで作られているクラッド層）をエッチング可能な所定のエッチング液（例えば、塩酸など）やエッチングガス（例えば、メタンと水素の混合ガスなど）に対してエッチングされないか、あるいは他の半導体層のエッチングレートに対するエッチングレートの比が十分に小さい（例えば１／１０以下）性質を有する。第六層２０ｆは、エッチング停止層とも称されうる。
　メサ２１において、第六層２０ｆは、活性層１１ａとして機能する第三層２０ｃに対して基板１０とは反対側に位置している。
　メサ２２は、第二突出部１２を構成している。第六層２０ｆは、メサ２２すなわち第二突出部１２のＺ方向の端部において露出し、端部１２ａを構成している。そして、図１から明らかとなるように、第二突出部１２の第六層２０ｆ上には、パッシベーション膜のような他の層は形成されていない。本実施形態では、メサ２１の第六層２０ｆが、第一半導体層の一例であり、メサ２２の第六層２０ｆが、第二半導体層の一例である。
　メサ２１においては、第六層２０ｆに対して基板１０の反対側には、第四層２０ｄと同じ材料で作られた層２０ｄ２が設けられている。
　第一突出部１１において、メサ２１は、Ｙ方向およびＹ方向の反対方向に隣接した電流阻止層２０ｇ，２０ｈ、およびＺ方向に隣接したクラッド層２０ｉによって囲まれている。電流阻止層２０ｇは、例えば、p-InPで作られ、電流阻止層２０ｈは、例えば、n-InPで作られている。また、クラッド層２０ｉは、例えば、p-InPで作られている。
　クラッド層２０ｉに対して基板１０の反対側には、コンタクト層２０ｊが積層されている。コンタクト層２０ｊは、例えば、p-InGaAsPで作られる。コンタクト層２０ｊ上には、電極３１が設けられる。電極３１は、Ｐ側電極であって、活性層１１ａに対してＺ方向に離間している。電極３１は、例えば、コンタクト層２０ｊからＺ方向に積層された、ベース層３１ａ、バリヤ層３１ｂ、および厚膜層３１ｃを有している。ベース層３１ａは、例えば、AuおよびAuZnを含んだ積層構造を有し、バリヤ層３１ｂは、例えば、Ptを含み、また、厚膜層３１ｃは、例えば、Auを含んでいる。電極３１は、第一電極の一例である。
　第一突出部１１のＹ方向およびＹ方向の反対方向の側面は、絶縁膜２０ｎで覆われている。絶縁膜２０ｎは、例えば、SiNで作られる。
　基板１０の面１０ｂ上には、電極３２が設けられる。電極３２は、Ｎ側電極であって、例えば、AuGe、Ni、およびAuを含んだ積層構造を有している。
（光機能素子および光集積素子の構造）
　図３は、図１，２に示された本実施形態の光半導体素子１００と、光機能素子２００と、を含む光集積素子３００の断面図である。図３に示されるように、光集積素子３００において、光半導体素子１００と光機能素子２００とは、Ｚ方向に重なっている。光機能素子２００は、シリコンプラットフォームとも称されうる。図３は、光半導体素子１００と光機能素子２００とが位置合わせされた状態を示している。
　光機能素子２００は、ベース２０１と、突出部２０２と、電極２０４と、を備えている。ベース２０１は、Ｚ方向に略一定の厚さを有し、Ｚ方向と交差して広がっている。ベース２０１は、面２０１ａを有している。面２０１ａは、Ｚ方向の反対方向を向くとともに、Ｚ方向と交差している。
　突出部２０２は、面２０１ａからＺ方向の反対方向に突出している。突出部２０２は、光半導体素子１００の第二突出部１２に対して、Ｚ方向に並び、かつＺ方向に接するように設けられている。本実施形態では、光機能素子２００は、第二突出部１２のそれぞれに対応した、二つの突出部２０２を備えている。突出部２０２のＸ方向の長さおよびＹ方向の幅は、第二突出部１２に対応して設定される。なお、本実施形態では、突出部２０２のＸ方向の長さが、第二突出部１２のＸ方向の長さよりも長く、突出部２０２のＹ方向の幅が、第二突出部１２のＹ方向の幅よりも広いが、これには限定されない。
　光半導体素子１００の第二突出部１２のＺ方向の端部１２ａと、光機能素子２００の突出部２０２のＺ方向の反対方向の端部２０２ａと、が接触することにより、光半導体素子１００と光機能素子２００とがＺ方向において位置合わせされる。位置合わせされた状態において、端部２０２ａは、光半導体素子１００の第二突出部１２に対して基板１０とは反対側に位置し、第二突出部１２の端部１２ａと接触している。端部２０２ａは、接触部の一例であり、突出部２０２は、第三突出部の一例である。
　電極２０４は、面２０１ａ上に設けられ、Ｚ方向において、光半導体素子１００の電極３１と間隔（不図示）をあけて面する。電極３１と電極２０４とは、例えば、AuSnはんだバンプのような接合部５０を介して電気的に接続される。本実施形態では、光機能素子２００が、ベース２０１と、当該ベース２０１からＺ方向の反対方向に突出した突出部２０２と、を備えることにより、ベース２０１と光半導体素子１００の第一突出部１１との間に、電極３１と電極２０４とが接合部５０を介して電気的に接続された部位を設けることができる。このような構成によれば、電極３１と電極２０４との距離を短くすることができ、当該電極３１と電極２０４との間の電気抵抗をより小さくすることができるという効果が得られる。電極２０４は、第二電極の一例である。
　図４は、図１，２に示された本実施形態の光半導体素子１００と、光機能素子２００と、を含む光集積素子３００の一部の側面図である。
　図４に示されるように、光機能素子２００は、ボディ２０３を有している。ボディ２０３内には、Ｘ方向に延びたコア２０３ａを含む光導波路が設けられている。光集積素子３００において、光半導体素子１００と光機能素子２００とが図４に示されるように位置合わせされた状態では、ボディ２０３のＸ方向の反対方向の端面２０３ｂと、光半導体素子１００のＸ方向の端面１１ｃとが面し、活性層１１ａとコア２０３ａとがＸ方向に面するとともにＸ方向に並ぶ。端面１１ｃにおいて活性層１１ａから出力されたレーザ光は、コア２０３ａに結合し、当該コア２０３ａ内で伝送される。Ｘ方向は、第三方向の一例である。
　このような構成において、活性層１１ａとコア２０３ａとがＺ方向にずれると、活性層１１ａとコア２０３ａとの間の光の結合効率が低下してしまう。この点、本実施形態では、例えば、活性層１１ａのＺ方向の中心と第二突出部１２の端部１２ａとの距離δ１と、コア２０３ａのＺ方向の中心と突出部２０２のＺ方向の反対方向の端部２０２ａとの距離δ２と、を合わせることにより、Ｚ方向において、活性層１１ａとコア２０３ａとを位置合わせすることができる。
　ここで、上述したように、本実施形態では、第一突出部１１に含まれるメサ２１と、第二突出部１２に含まれるメサ２２とが、複数の半導体層が積層された同じ積層構造を有している。このため、距離δ１を、図１に示されるように、メサ２１においては活性層１１ａとして機能する第三層２０ｃのＺ方向の中心と、メサ２２（第二突出部１２）において端部１２ａとなる第六層２０ｆのＺ方向の端部１２ａとの間のＺ方向の距離δ１として、メサ２１，２２の製造工程（結晶成長工程）における、各半導体層の層厚の管理によって、より容易にかつより精度良く設定することができる。さらに、上述したように、本実施形態によれば、第二突出部１２の端部１２ａは、パッシベーション膜のような他の層で覆わないため、当該他の層の膜厚のばらつきや剥がれ等に起因してＺ方向の位置合わせ精度が低下することもない。したがって、本実施形態によれば、従来構成に比べて、光半導体素子１００と光機能素子２００とを、Ｚ方向、すなわち光半導体素子１００における半導体層の積層方向において、より容易にかつより精度良く位置合わせすることができ、光結合効率の低下を抑制することができるという効果が得られる。
　また、本実施形態では、光半導体素子１００は、複数の第二突出部１２を備えている。さらに、第一突出部１１は、複数の第二突出部１２の間に位置している。このような構成によれば、複数の第二突出部１２によって、光半導体素子１００を、より安定的に支持することができるという効果が得られる。
（光半導体素子の製造方法）
　図５～１１は、光半導体素子１００の製造方法における各製造工程の途中の生成物を示す図である。図５～７，９～１１は、生成物の断面図であり、図８は、図７と同じ段階における生成物の平面図である。生成物は、積層構造とも称されうる。
　まずは、図５に示されるように、ウエハとしての基板１０上に、第一層２０ａ、第二層２０ｂ、第三層２０ｃ、第四層２０ｄ、回折格子層１１ｂの第一部位の元となる層２０ｅ１、および当該回折格子層１１ｂ上に形成される層２０ｄ１が、結晶成長により、積層される。層２０ｅ１は、p-InGaAsPで作られる。メサ２１において活性層１１ａとして機能する第三層２０ｃは、第三半導体層の一例である。
　次に、図６に示されるように、図５の生成物において、エッチングにより、層２０ｅ１および層２０ｄ１が、Ｘ方向に間隔をあけて選択的に除去される。この後、除去された部分が、p-InPで埋められ、これにより、メサ２１において回折格子層１１ｂとして機能する第五層２０ｅと、当該第五層２０ｅ上の層２０ｄ１とが形成される。
　次に、図７に示されるように、第五層２０ｅ上に形成された層２０ｄ１の上に、第六層２０ｆ、層２０ｄ２、犠牲層２０ｋ、およびマスク層２０ｍが形成される。犠牲層２０ｋは、例えば、InGaAsPで作られ、マスク層２０ｍは、例えば、SiNで作られる。図７で形成されるマスク層２０ｍは、例えば、図８に示される平面形状となるよう、成形される。
　次に、図９に示されるように、図７の生成物において、エッチングによりマスク層２０ｍで覆われない部位が除去され、マスク層２０ｍおよび犠牲層２０ｋに対してＺ方向の反対側に、凹部Ｃおよびメサ２１およびメサ２２が形成される。すなわち、図７の生成物が、基板１０とは反対側で部分的に除去されることにより、基板１０上に突出した複数のメサ２１，２２および当該複数のメサ２１，２２間の凹部Ｃが形成される。なお、犠牲層２０ｋは、このエッチングの際に、メサ２１，２２の側面形状をＺ方向に沿った緩やかな曲面となるように整える役割を担う。
　次に、図１０に示されるように、メサ２１，２２の間の凹部Ｃ（図９参照）を埋めるように、電流阻止層２０ｇ，２０ｈが形成される。
　次に、図１１に示されるように、図１０の生成物からマスク層２０ｍおよび犠牲層２０ｋが除去され、当該生成物に対して基板１０とは反対側に、クラッド層２０ｉ、コンタクト層２０ｊ、ベース層３１ａ、バリヤ層３１ｂ、および厚膜層３１ｃが積層される。コンタクト層２０ｊ、ベース層３１ａ、バリヤ層３１ｂ、および厚膜層３１ｃは、導体層の一例である。
　この後、図１１の生成物の、基板１０とは反対側の部位であって、メサ２１とメサ２２との間の部位が、所定のエッチング液またはエッチングガスを用いたエッチングによって除去され、図１に示されるような、メサ２１を内包する第一突出部１１（ただし、絶縁膜２０ｎが無い状態）、およびメサ２２としての第二突出部１２が、形成される。第一突出部１１は、メサ２１と、電流阻止層２０ｇ，２０ｈ、クラッド層２０ｉ、およびコンタクト層２０ｊのうちメサ２１と隣り合う部位（メサ２１を覆う当該メサ２１の周辺部位）と、電極３１と、を含む。
　このエッチングの際に、メサ２２（第二突出部１２）において、第六層２０ｆが、エッチング停止層として機能し、第二突出部１２のＺ方向の端部１２ａにおいて、第六層２０ｆが露出することになる。本実施形態では、第六層２０ｆは、第四半導体層の一例である。
　この後、基板１０のＺ方向の反対方向の端面が研磨されて面１０ｂが形成された後、当該面１０ｂ上に例えば蒸着リフトオフにより電極３２が形成される。次に、例えば４００℃程度の熱処理によって、電極３１、電極３２、第一突出部１１の半導体層のオーミック接続が行われる。また、第一突出部１１の側面は絶縁膜２０ｎで覆われる。
　上述した処理が施されたウエハ（不図示）は劈開され、Ｘ方向の端面１１ｃ（図２参照）に低反射コーティングが施され、Ｘ方向の反対方向の端面１１ｄに高反射コーティングが施されることにより、図１，２に示される光半導体素子１００が完成する。
　以上、説明したように、本実施形態の構造および方法によれば、光半導体素子１００と光機能素子２００とを、Ｚ方向、すなわち光半導体素子１００における半導体層の積層方向において、より容易にかつより精度良く位置合わせすることができ、ひいては、光半導体素子１００と光機能素子２００との間での光結合効率の低下をより容易にかつより確実に抑制することができるという効果が得られる。すなわち、本実施形態によれば、改善された新規な光半導体素子１００、光集積素子３００、および光半導体素子１００の製造方法を、得ることができる。
　また、本実施形態の光集積素子３００では、第二突出部１２のＺ方向の高さは、第一突出部１１のＺ方向の高さよりも低く、光半導体素子１００の第二突出部１２の端部１２ａと、光機能素子２００の突出部２０２の端部２０２ａとが接触する。ここで、仮に、光半導体素子１００および光機能素子２００のうち一方の突出部と他方の凹部とが接触して位置合わせされる構成であった場合、他方には、一方に設けられた突出部を収容する凹部を形成するための周壁が必要となり、位置合わせされる部位において、突出方向（積層方向）と交差する方向において突出部と周壁とが重なる分、当該他方の構成が当該突出方向と交差する方向に大型化する虞がある。この点、本実施形態の光集積素子３００は、第二突出部１２と突出部２０２とが接触する構造であるため、突出部と凹部とが位置合わせされる構成に比べて、よりコンパクトに構成することができる。
（第２実施形態）
　図１２は、第２実施形態の光半導体素子１００Ａの断面図である。断面形状が相違する点を除き、光半導体素子１００Ａは、上記第１実施形態の光半導体素子１００と同じ構成を備えている。
　図１２に示されるように、本実施形態では、第二突出部１２の端部１２ａにおいて、メサ２１において回折格子層１１ｂとなる第五層２０ｅが露出している。第五層２０ｅも、所謂四元層であり、他の半導体層をエッチングする所定のエッチング液またはエッチングガスに対してエッチングされないエッチング停止層として機能することができる。よって、本実施形態のように、メサ２１において回折格子層１１ｂとなる第五層２０ｅを、第二突出部１２の端部１２ａとすることができる。本実施形態では、メサ２１の第五層２０ｅが、第一半導体層の一例であり、メサ２２の第五層２０ｅが、第二半導体層の一例である。また、本実施形態では、第五層２０ｅは、第四半導体層の一例である。
　本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。また、本実施形態によれば、メサ２２において、メサ２１において活性層１１ａとなる第三層２０ｃから端部１２ａまでの距離δ１をより低く設定することができる。これにより、第三層２０ｃに対して基板１０とは反対側に位置する半導体層の厚さのばらつきによる距離δ１への影響をより軽減することができ、ひいては、光の結合効率の低下をより一層抑制できる場合がある。
（第３実施形態）
　図１３は、第３実施形態の光半導体素子１００Ｂの断面図である。断面形状が相違する点を除き、光半導体素子１００Ｂは、上記第１実施形態の光半導体素子１００と同じ構成を備えている。
　図１３に示されるように、本実施形態では、第二突出部１２の端部１２ａにおいて、メサ２１において活性層１１ａとなる第三層２０ｃが露出している。第三層２０ｃも、所謂四元層であり、他の半導体層をエッチングする所定のエッチング液またはエッチングガスに対してエッチングされないエッチング停止層として機能することができる。よって、本実施形態のように、メサ２１において活性層１１ａとなる第三層２０ｃを、第二突出部１２の端部１２ａとすることができる。
　本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。また、本実施形態によれば、メサ２２において、メサ２１において活性層１１ａとなる第三層２０ｃから端部１２ａまでの距離δ１をさらに低く設定することができる。これにより、第三層２０ｃに対して基板１０とは反対側に位置する半導体層の厚さのばらつきによる距離δ１への影響をさらに軽減することができ、ひいては、光の結合効率の低下をさらに抑制できる場合がある。
（第４実施形態）
　図１４は、第４実施形態の光半導体素子１００Ｃの平面図である。第二突出部１２の形状および配置が相違する点を除き、光半導体素子１００Ｃは、上記第１実施形態の光半導体素子１００と同じ構成を備えている。
　図１４に示されるように、本実施形態では、第一突出部１１のＹ方向の両側において、Ｘ方向に離間した二つの第二突出部１２が設けられている。このような構成によっても、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。また、本実施形態によれば、第二突出部１２をより小さく構成できる分、光半導体素子１００をより軽量化できるという効果が得られる。なお、光機能素子２００には、第二突出部１２のそれぞれと対応した、第二突出部１２と同数の突出部２０２が設けられてもよいし、複数の第二突出部１２と対応した、第二突出部１２よりも少ない数の突出部２０２が設けられてもよい。また、Ｘ方向に並ぶ二つの第二突出部１２のＸ方向の中心同士は、光半導体素子１００の長さの１／３以上離間しているのが好ましい。
　以上、本発明の実施形態が例示されたが、上記実施形態は一例であって、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。
　本発明は、光半導体素子、光集積素子、および光半導体素子の製造方法に利用することができる。
１０…基板
１０ａ…面
１０ｂ…面
１１…第一突出部
１１ａ…活性層
１１ｂ…回折格子層
１１ｃ…端面
１１ｄ…端面
１２…第二突出部
１２ａ…端部
２０ａ…第一層（半導体層）
２０ｂ…第二層（半導体層）
２０ｃ…第三層（半導体層、第三半導体層、エッチング停止層）
２０ｄ…第四層（半導体層）
２０ｄ１…層（半導体層）
２０ｄ２…層（半導体層）
２０ｅ…第五層（半導体層、第一半導体層、第四半導体層、エッチング停止層）
２０ｅ１…層
２０ｆ…第六層（半導体層、第一半導体層、第二半導体層、第四半導体層、エッチング停止層）
２０ｇ…電流阻止層（半導体層）
２０ｈ…電流阻止層（半導体層）
２０ｉ…クラッド層（半導体層）
２０ｊ…コンタクト層（半導体層）
２０ｋ…犠牲層
２０ｍ…マスク層
２０ｎ…絶縁膜
２１…メサ（第一メサ）
２２…メサ（第二メサ）
３１…電極（第一電極）
３１ａ…ベース層
３１ｂ…バリヤ層
３１ｃ…厚膜層
３２…電極
５０…接合部
１００，１００Ａ～１００Ｃ…光半導体素子
２００…光機能素子
２０１…ベース
２０１ａ…面
２０２…突出部（第三突出部）
２０２ａ…端部（接触部）
２０３…ボディ
２０３ａ…コア
２０３ｂ…端面
２０４…電極（第二電極）
３００…光集積素子
Ｃ…凹部
Ｘ…方向（第三方向）
Ｙ…方向（第二方向）
Ｚ…方向（第一方向）
δ１…距離
δ２…距離

Claims (10)

  1. 　基板と、
    　前記基板上に複数の半導体層が第一方向に積層された積層構造を有する第一メサであって、前記半導体層として活性層を含む第一メサを有し、前記基板から前記第一方向に突出した第一突出部と、
    　前記第一突出部に対して前記第一方向と交差した第二方向に離間した位置で前記基板から前記第一方向に突出し、前記第一メサと同じ積層構造を含み、前記第一方向の端部において前記複数の半導体層のうち一つが露出した、第二突出部と、
    　を備えた、光半導体素子。
  2. 　前記第二突出部として、複数の第二突出部を備えた、請求項１に記載の光半導体素子。
  3. 　前記第一突出部が、前記複数の第二突出部の間に位置した、請求項２に記載の光半導体素子。
  4. 　前記第一メサは、前記半導体層として、前記活性層に対して前記基板とは反対側に位置し、他の半導体層をエッチング可能な所定のエッチング液またはエッチングガスに対してエッチングされないかあるいは当該他の半導体層のエッチングレートに対するエッチングレートの比が十分に小さい第一半導体層を含み、
    　前記第二突出部は、前記半導体層として、前記第一半導体層と同じ材料で作られ、前記第一方向の端部において露出し、かつ前記第一半導体層と前記第二方向に並んだ第二半導体層を含む、請求項１～３のうちいずれか一つに記載の光半導体素子。
  5. 　前記第一半導体層は、回折格子層である、請求項４に記載の光半導体素子。
  6. 　前記第二突出部は、前記半導体層として、前記第一方向の端部において露出し、前記活性層と同じ材料で作られるとともに、前記活性層と前記第二方向に並んだ第二半導体層を含む、請求項１～３のうちいずれか一つに記載の光半導体素子。
  7. 　コアを含む光導波路を有した光機能素子と、
    　請求項１～６のうちいずれか一つに記載の光半導体素子と、
    　を備えた、光集積素子であって、
    　前記光機能素子は、前記第二突出部に対して前記基板とは反対側に位置し当該第二突出部と接した接触部を有し、
    　前記コアと前記活性層とが、前記第一方向と交差した第三方向に面した、光集積素子。
  8. 　前記光機能素子は、ベースを有し、
    　前記接触部は、前記ベースから前記第一方向の反対方向に突出した第三突出部に設けられた、請求項７に記載の光集積素子。
  9. 　前記光半導体素子は、前記活性層に対して前記第一方向に離間した第一電極を有し、
    　前記光機能素子は、前記ベースに設けられた第二電極を有し、
    　前記第一電極と前記第二電極とが電気的に接続された、請求項８に記載の光集積素子。
  10. 　基板上に、複数の半導体層を第一方向に積層した積層構造を形成する工程であって、前記複数の半導体層が、活性層として機能する材料で作られた第三半導体層と、他の半導体層をエッチング可能な所定のエッチング液またはエッチングガスに対してエッチングされないかあるいは当該他の半導体層のエッチングレートに対するエッチングレートの比が十分に小さいエッチング停止層と、を含み、当該エッチング停止層は、前記第三半導体層に対して前記基板とは反対側の第四半導体層であるかまたは前記第三半導体層である、工程と、
    　前記積層構造を前記基板とは反対側で部分的に除去することにより、前記第一方向と交差した第二方向に離間した複数箇所において前記基板から突出した複数のメサを形成する工程と、
    　前記複数のメサの間を埋めるように電流阻止層を形成する工程と、
    　前記第三半導体層に対して前記基板とは反対側に、導体層を形成する工程と、
    　前記複数のメサのうちの一つである第一メサと、前記電流阻止層のうち当該第一メサと隣り合う部位と、前記導体層のうち前記第一メサに対して前記基板とは反対側の部位と、を含む第一突出部を形成する工程と、
    　前記複数のメサのうち前記第一メサとは異なる第二メサに対する前記所定のエッチング液またはエッチングガスを用いたエッチングにより、前記第二メサに含まれる前記エッチング停止層が前記第一方向の端部に露出した第二突出部を形成する工程と、
    　を備えた、光半導体素子の製造方法。
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