JP2000252579A

JP2000252579A - 半導体光素子及びその製造方法

Info

Publication number: JP2000252579A
Application number: JP5209399A
Authority: JP
Inventors: Yuichiro Okunuki; 雄一郎奥貫
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1999-03-01
Filing date: 1999-03-01
Publication date: 2000-09-14
Anticipated expiration: 2019-03-01
Also published as: JP3450210B2

Abstract

(57)【要約】【課題】スポットサイズ変換部への電流注入を阻止す
る。【解決手段】半導体光素子は、電圧印加によってレー
ザを発振するレーザ部と、光のスポットサイズを変換す
るスポットサイズ変換部とを備える。導波路層１２は、
ｎ型基板１０上に形成されたｎ型クラッド層１１上に形
成され、光を伝搬し、レーザ部では層厚がほぼ一定であ
り、スポットサイズ変換部では層厚が連続的に変化して
いる。ｐ型電流ブロック層１４及びｎ型電流ブロック層
１５は、導波路層１２上に形成された第１ｐ型クラッド
層１３上のスポットサイズ変換部に形成され、逆接合に
よってスポットサイズ変換部への電流流入を阻止する。
第２ｐ型クラッド層１６は、第１ｐ型クラッド層１３上
のレーザ部に形成され、ｐ型電流ブロック層１４よりも
高いキャリア濃度を有する。金属電極１９は、第２ｐ型
クラッド層１６上に形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光のスポットサイ
ズ変換機能を備えた半導体光素子及びその製造方法に関
し、特に、低電力で動作可能な半導体光素子及びその製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信等の普及に伴い、光素子モジュー
ルの低コスト化が求められている。光素子モジュールの
低コスト化に有効な方法として、モジュールに搭載する
光素子に光のスポットサイズを大きくするスポットサイ
ズ変換器を集積化する方法がある。これによって、レン
ズ等を用いることなく、光素子よりもスポットサイズの
大きい光ファイバ等への結合効率を確保することができ
る。即ち、光素子モジュールの部品コストや組立コスト
等を削減することができる。

【０００３】以上のような光素子を製造する技術は、例
えば、「全選択ＭＯＶＰＥ成長型１．３μｍスポットサ
イズ変換器集積ＬＤ」（１９９７年電子情報通信学会エ
レクトロニクスソサイエティ大会、Ｃ−４−２６）に開
示されている。この技術によって製造される光素子は、
電流注入によってレーザを発振するレーザ部と、レーザ
部から発振されたレーザのスポットサイズを変換するス
ポットサイズ変換部と、を備えている。

【０００４】図１４（ａ），（ｂ）は、上記光素子の具
体的な構成を示す模式図である。なお、図１４（ａ）
は、図１４（ｂ）のａ−ａ’断面図であり、図１４
（ｂ）は、図１４（ａ）のｂ−ｂ’断面図である。上記
光素子は、図１４（ａ），（ｂ）に示すように、ｎ型Ｉ
ｎＰ（インジウムリン）基板３０と、ｎ型ＩｎＰクラッ
ド層３１と、ＩｎＧａＡｓＰ（インジウムガリウムヒ素
リン）導波路層３２と、第１ｐ型ＩｎＰクラッド層３３
と、ｐ型ＩｎＰ電流ブロック層３４と、ｎ型ＩｎＰ電流
ブロック層３５と、第２ｐ型ＩｎＰクラッド層３６と、
ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層３７と、絶縁層３８と、
金属電極３９と、から構成されている。

【０００５】ｎ型ＩｎＰ基板３０上には、ｎ型ＩｎＰク
ラッド層３１、ＩｎＧａＡｓＰ導波路層３２、及び、第
１ｐ型ＩｎＰクラッド層３３が、この順で形成されてい
る。なお、これら３層は、図１４（ａ）に示すように、
３つの部分に分かれており、中央部分が上記レーザ部及
びスポットサイズ変換部に対応する。ｎ型ＩｎＰクラッ
ド層３１は、キャリア濃度が約１×１０^１８ｃｍ^−３で
あり、層厚は約１００ｎｍである。

【０００６】ＩｎＧａＡｓＰ導波路層３２は、光が伝搬
する層であり、スポットサイズ変換部では、その厚さが
レーザ部側から端面に向かって徐々に薄くなるように形
成されている。このように、スポットサイズ変換部で
は、ＩｎＧａＡｓＰ導波路層３２の層厚をレーザ部より
も薄くすることによってスポットサイズを変換する。第
１ｐ型ＩｎＰクラッド層３３は、キャリア濃度が約７×
１０^１７ｃｍ^−３であり、層厚が約２００ｎｍである。
そして、第１ｐ型ＩｎＰクラッド層３３とｎ型ＩｎＰク
ラッド層３１との間に所定の電圧を印加されることによ
って、レーザが生成される。

【０００７】ｐ型ＩｎＰ電流ブロック層３４は、３つの
部分に分かれているｎ型ＩｎＰクラッド層３１、導波路
層３２、及び、第１ｐ型ＩｎＰクラッド層３３の隙間を
埋め、レーザ部及びスポットサイズ変換部を除いた第１
ｐ型ＩｎＰクラッド層３３上に形成されている。ｐ型Ｉ
ｎＰ電流ブロック層３４の層厚は約６００ｎｍであり、
キャリア濃度は６×１０^１７ｃｍ^−３である。ｎ型Ｉｎ
Ｐ電流ブロック層３５は、ｐ型ＩｎＰ電流ブロック層３
４上に形成されている。また、ｎ型電流ブロック層３５
の層厚は約６００ｎｍであり、キャリア濃度は３×１０
^１８ｃｍ^−３である。このように、レーザ部及びスポッ
トサイズ変換部を除いた領域には、ｐ型電流ブロック層
３４及びｎ型電流ブロック層３５がこの順で形成されて
いるため、この部分では、ｎ型電流ブロック層３５から
ｐ型電流ブロック層３４方向への電流は流れないように
なっている。

【０００８】第２ｐ型ＩｎＰクラッド層３６は、ｎ型電
流ブロック層３５と、レーザ部及びスポットサイズ変換
部に対応する第１ｐ型ＩｎＰクラッド層３３上に形成さ
れている。また、第２ｐ型ＩｎＰクラッド層３６の層厚
は約３５００ｎｍであり、キャリア濃度は１×１０^１８
ｃｍ^−３である。ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層３７
は、第２ｐ型クラッド層３６上の全面に形成されてい
る。また、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層３７の層厚は
３００ｎｍであり、キャリア濃度は１×１０^１９ｃｍ
^−３である。

【０００９】絶縁層３８は、ＳｉＯ_２（二酸化ケイ素）
から形成されており、レーザ部に相当する領域を除くｐ
型ＩｎＧａＡｓコンタクト層３７上に形成されている。
この絶縁層３８によって、金属電極３９からの電流注入
領域が、レーザ部に対応するようにする。金属電極３９
は、Ａｕ−Ｃｒ（金−クロム）等から形成されており、
絶縁層３８及びレーザ部に相当するｐ型ＩｎＧａＡｓコ
ンタクト層３７上に形成されている。

【００１０】以上のように、光素子を構成するＩｎＧａ
ＡｓＰ導波路層３２の層厚をレーザ部とスポットサイズ
変換部とで変えることによって、レーザのスポットサイ
ズを変換し、光素子モジュールの部品コストや組立コス
ト等を削減している。また、上記と同様な構成の光素子
を製造する技術は、特開平１０−９８２３１号公報及び
特開平１０−３０８５５６号公報にも開示されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記した技術では、半
導体光素子のスポットサイズ変換部直上に、レーザ部と
同一の層（第２ｐ型ＩｎＰクラッド層３６）を形成して
いる。この第２ｐ型ＩｎＰクラッド層３６のキャリア濃
度は、レーザ部の動作電圧を低減するために、ある程度
高くしなければならない。また、第２ｐ型ＩｎＰクラッ
ド層３６では、キャリア濃度が高いほど、価電子帯間吸
収によって光を吸収しやすくなる。そのため、伝搬する
光のスポットサイズが大きくなるスポットサイズ変換部
では、ｐ型ＩｎＰクラッド層３６のキャリア濃度が高い
と、伝搬損失が大きくなってしまうという問題がある。

【００１２】従って、本発明は、発振しきい値電流、動
作電流および動作電圧の低減が可能なスポットサイズ変
換器を集積した半導体光素子およびその製造方法を提供
することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第１の観点にかかる半導体光素子は、所定
の電圧を印加されることによって発光する発光手段と、
光の伝搬方向に沿って前記発光手段に隣接して形成さ
れ、該発光手段によって生成された光のスポットサイズ
を変換する第１スポットサイズ変換手段と、前記発光手
段への電圧印加によって前記第１スポットサイズ変換手
段に電流が注入されることを阻止する第１電流ブロック
手段と、から構成されていることを特徴とする。この発
明によれば、電圧を印加することによって電流を注入す
る領域を、第１電流ブロック手段によって制限すること
ができ、必要な部分にのみ電流が注入される。従って、
半導体光素子の動作電流を低減することができる。

【００１４】前記発光手段及び前記第１スポットサイズ
変換手段は、第１導電型の下クラッド層と、前記下クラ
ッド層上に形成され、光を伝搬させ、前記発光手段に対
応する部分では層厚がほぼ一定であり、前記第１スポッ
トサイズ変換手段に対応する部分では層厚が連続的に変
化している導波路層と、前記導波路層上に形成された第
２導電型の第１上クラッド層と、から形成され、前記第
１電流ブロック手段は、前記第１上クラッド層上の所定
領域に形成された第２導電型の第１電流ブロック層と、
前記第１電流ブロック層上に形成された第１導電型の第
２電流ブロック層と、から形成されていてもよい。

【００１５】このようにすると、第１スポットサイズ変
換手段では、導波路層の層厚が発光手段と異なるため、
吸収する光の波長が異なり、光の伝搬損失を低減するこ
とができる。前記第１電流ブロック手段は、前記第１ス
ポットサイズ変換手段よりも長く、その一端は前記第１
スポットサイズ変換手段の前記発光手段とは反対側の端
に一致するように形成されていてもよい。前記第１電流
ブロック手段は、前記第１スポットサイズ変換手段より
も短く、その一端は前記第１スポットサイズ変換手段の
前記発光手段とは反対側の端に一致するように形成され
ていてもよい。

【００１６】素子抵抗を低減するために、前記第１上ク
ラッド層及び前記第２電流ブロック層上に形成された第
２導電型の第２上クラッド層と、前記第２上クラッド層
上に形成された電極と、をさらに備え、前記第１電流ブ
ロック手段の第１電流ブロック層は、そのキャリア濃度
が前記第２上クラッド層のキャリア濃度よりも低くても
よい。このようにすると、スポットサイズ変換手段では
第１電流ブロック層のキャリア濃度を低くして光の吸収
を抑え、発光部では第２上クラッド層のキャリア濃度を
高くして素子抵抗を低減することができる。

【００１７】前記第２上クラッド層と前記電極との間に
形成され、電圧が印加される領域を制限する絶縁層をさ
らに備えてもよい。前記絶縁層は、前記第１電流ブロッ
ク手段上では、該第１電流ブロック手段の形成領域に対
応するように形成されていてもよい。前記絶縁層は、前
記第１電流ブロック手段上では、該第１電流ブロック手
段の形成領域よりも長く、又は、短くなるように形成さ
れていてもよい。

【００１８】前記発光手段の、前記第１スポットサイズ
変換手段とは反対側に形成され、該第１スポットサイズ
変換手段と実質的に同一の第２スポットサイズ変換手段
と、前記発光手段への電圧印加によって前記第２スポッ
トサイズ変換手段に電流が注入されることを阻止する、
前記第１電流ブロック手段と実質的に同一の第２電流ブ
ロック手段と、をさらに備え、前記発光手段は、前記第
１及び第２スポットサイズ変換手段の一方から出射した
光を増幅し、他方に入射させてもよい。

【００１９】本発明の第２の観点にかかる半導体光素子
は、所定の電圧を印加されることによって発光する発光
領域と、発光領域で生成された光のスポットサイズを変
換するスポットサイズ変換領域と、を備える半導体光素
子であって、第１導電型の半導体基板と、前記半導体基
板上に形成された第１導電型の下クラッド層と、前記下
クラッド層上に形成され、光を伝搬し、光の伝搬方向に
沿って、前記発光領域では層厚がほぼ一定であり、前記
スポットサイズ変換領域では層厚が連続的に変化してい
る導波路層と、前記導波路層上に形成された第２導電型
の第１上クラッド層と、前記第１上クラッド層上の発光
領域に形成された第２導電型の第２上クラッド層と、前
記第２上クラッド層上に形成された電極と、前記第１上
クラッド層上のスポットサイズ変換領域に形成され、前
記第２上クラッド層よりも低いキャリア濃度を有する第
２導電型の低濃度層と、前記低濃度層上に形成され、該
低濃度層と共に逆接合を形成し、前記第１上クラッド層
のスポットサイズ変換領域への電流注入を阻止する第１
導電型の電流ブロック層と、から構成されていることを
特徴とする。

【００２０】前記導波路層は、層厚が連続的に変化して
いる領域の間に、層厚がほぼ一定である領域が存在する
ように形成されていてもよい。前記導波路層は、スポッ
トサイズ変換領域では、発光領域から離れるに従って、
その層厚が徐々に薄くなっていてもよい。

【００２１】本発明の第３の観点にかかる半導体光素子
の製造方法は、所定の電圧を印加されることによって発
光する発光手段と、前記発光手段によって生成された光
のスポットサイズを変換するスポットサイズ変換手段
と、前記発光手段への電圧印加によって前記スポットサ
イズ変換手段に電流が注入されることを阻止する電流ブ
ロック手段と、から構成される半導体光素子の製造方法
であって、基板上の所定領域に第１導電型の下クラッド
層と、光を伝搬させ、前記発光手段に対応する部分では
層厚がほぼ一定であり、前記スポットサイズ変換手段に
対応する部分では層厚が連続的に変化している導波路層
と、第２導電型の第１上クラッド層と、を選択的に形成
し、前記発光手段及び前記スポットサイズ変換手段を形
成する発光・変換手段形成工程と、前記第１上クラッド
層上の所定領域に第２導電型の第１電流ブロック層、及
び、第１導電型の第２電流ブロック層を、選択的に形成
する電流ブロック形成工程と、前記第１上クラッド層上
に、前記第１電流ブロック層よりも高いキャリア濃度を
有する第２導電型の第２上クラッド層を形成する第２上
クラッド形成工程と、前記第２上クラッド層上に電極を
形成する電極形成工程と、を備えることを特徴とする。

【００２２】前記発光・変換手段形成工程は、前記ＭＯ
ＶＰＥ（有機金属気相成長）法によって、前記発光手段
及び前記スポットサイズ変換手段を形成する工程を備
え、前記電流ブロック形成工程は、ＭＯＶＰＥ（有機金
属気相成長）法によって、前記第１電流ブロック層及び
前記第２電流ブロック層を形成する工程を備えてもよ
い。

【００２３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の第１の実施の形態
にかかる半導体光素子について面を参照して説明する。
第１の実施の形態にかかる半導体光素子は光通信等に使
用され、図１に模式的に示すように、例えば、光ファイ
バ等に接続される。この半導体光素子は、図１に斜線を
付して示したように、所定の電圧を印加されることによ
ってレーザを発振するレーザ部と、レーザ部から発振さ
れたレーザのスポットサイズを変換するスポットサイズ
変換部と、を備えている。

【００２４】図２（ａ），（ｂ），（ｃ）は、上記半導
体光素子の具体的な構成を示す模式図である。図２
（ａ）は、レーザの出射方向に垂直な面で切断したレー
ザ部側の断面を示す。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−
Ｂ’断面図であり、図２（ｃ）は、図２（ａ）のＣ−
Ｃ’断面図である。なお、図２（ａ）は、図２（ｃ）の
Ａ−Ａ’断面図である。図２（ａ），（ｂ），（ｃ）に
示すように、半導体光素子は、ｎ型基板１０と、ｎ型ク
ラッド層１１と、導波路層１２と、第１ｐ型クラッド層
１３と、ｐ型電流ブロック層１４と、ｎ型電流ブロック
層１５と、第２ｐ型クラッド層１６と、ｐ型コンタクト
層１７と、絶縁層１８と、金属電極１９と、反射膜２０
と、から構成されている。

【００２５】ｎ型基板１０は、ｎ型ＩｎＰ（インジウム
リン）から形成された基板である。ｎ型クラッド層１１
は、キャリア濃度が約１×１０^１８ｃｍ^−３のｎ型Ｉｎ
Ｐから形成されており、基板１０上に形成されている。
ｎ型クラッド層１１の層厚は約１００ｎｍである。ま
た、ｎ型クラッド層１１は、図２（ｂ）に示すように、
上記レーザ部及びスポットサイズ変換部に対応する中心
領域と、その中心領域から所定間隔を隔てた２つの領域
の、３つの部分に形成されている。なお、中心領域は、
幅が１．５μｍであり、その長さ５００μｍの内、３０
０μｍが上記レーザ部に対応し、残り２００μｍが上記
スポットサイズ変換部に対応する。また、中心領域と他
の２つの領域との間隔は、それぞれレーザ部では５０μ
ｍであり、スポットサイズ変換部では５０μｍから５μ
ｍへと徐々に狭くなっている。

【００２６】導波路層１２は、光が伝搬する層であり、
３つの領域に分かれているｎ型クラッド層１１上に形成
されている。導波路層１２は、それぞれＩｎＧａＡｓＰ
（インジウムガリウムヒ素リン）から形成された、多重
量子井戸活性層（量子井戸数６）と、ガイド層（層厚６
０ｎｍ、波長組成１１３０ｎｍ）と、から形成されてい
る。多重量子井戸活性層は、ガイド層（層厚６０ｎｍ、
波長組成１１３０ｎｍ）と、井戸層（層厚６ｎｍ、波長
組成１２７０ｎｍ、歪量０．７％）と、障壁層（層厚１
０ｎｍ、波長組成１１３０ｎｍ）と、から形成されてい
る。なお、上記波長組成は、各層が最も吸収しやすい光
の波長、即ち、バンドギャップの大きさを示している。
また、上記各値は、レーザ部での値であり、導波路層１
２の厚さは、スポットサイズ変換部ではレーザ部側から
端面に向かって、徐々に薄くなるように形成されてい
る。具体的には、スポットサイズ変換部の端面では、導
波路層１２の層厚がレーザ部の約１／３となるように形
成されている。

【００２７】第１ｐ型クラッド層１３は、ｐ型ＩｎＰか
ら形成されており、導波路層１２上に形成されている。
また、第１ｐ型クラッド層１３の層厚は約２００ｎｍで
あり、キャリア濃度は約７×１０^１７ｃｍ^−３である。
レーザ部ではｎ型クラッド層１１と第１ｐ型クラッド層
１３との間に所定の電圧を印加することによって、レー
ザが生成される。ｐ型電流ブロック層１４は、ｐ型Ｉｎ
Ｐから形成されており、ｎ型基板１０及びレーザ部を除
く第１ｐ型クラッド層１３上に形成されている。また、
ｐ型電流ブロック層１４の層厚は約６００ｎｍであり、
キャリア濃度は６×１０^１７ｃｍ ^−３である。

【００２８】ｎ型電流ブロック層１５は、ｎ型ＩｎＰか
ら形成されており、ｐ型電流ブロック層１４上に形成さ
れている。また、ｎ型電流ブロック層１５の層厚は約６
００ｎｍであり、キャリア濃度は３×１０^１８ｃｍ^−３
である。このように、スポットサイズ変換部上には、ｐ
型電流ブロック層１４及びｎ型電流ブロック層１５がこ
の順で形成されているため、ｐｎ接合の逆接続となり電
流は流れない。第２ｐ型クラッド層１６は、ｐ型ＩｎＰ
から形成されており、ｎ型電流ブロック層１５及びレー
ザ部の第１ｐ型クラッド層１３上に形成されている。ま
た、第２ｐ型クラッド層１６の層厚は約３５００ｎｍで
あり、キャリア濃度は１×１０ ^１８ｃｍ^−３である。

【００２９】ｐ型コンタクト層１７は、ｐ型ＩｎＧａＡ
ｓから形成されており、第２ｐ型クラッド層１６上の全
面に形成されている。また、ｐ型コンタクト層１７の層
厚は３００ｎｍであり、キャリア濃度は１×１０^１９ｃ
ｍ^−３である。このように、レーザ部上では、第２ｐ型
クラッド層１６、ｐ型コンタクト層１７の順にキャリア
濃度が高くなるため、素子抵抗が下がり、レーザ部に電
流が注入されやすくなる。絶縁層１８は、ＳｉＯ_２（二
酸化ケイ素）から形成されており、レーザ部に相当する
領域を除くｐ型コンタクト層１７上に形成されている。
即ち、絶縁層１８は、金属電極１９からの電流注入領域
を、レーザ部に対応するようにする。

【００３０】金属電極１９は、Ａｕ−Ｃｒ（金−クロ
ム）等から形成されており、絶縁層１８及びレーザ部に
相当するｐ型コンタクト層１７上に形成されている。反
射膜２０は、９５％の反射率を有する膜であり、レーザ
部側の上記各層側面に形成されている。レーザ部で生成
された光は、反射膜２０で反射されて増幅される。以上
のような構成の半導体光素子に電圧を印加すると、スポ
ットサイズ変換部にはｐ型電流ブロック層１４及びｎ型
電流ブロック層１５の逆接合によって電流が注入されな
い。即ち、レーザ部に効率よく電流が注入され、従来よ
りも低い電圧を印加しても、レーザ部では従来と同様の
動作電圧を保つことができる。

【００３１】次に、以上のような構成の半導体光素子の
製造方法について説明する。初めに、図３に示すよう
に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）法やフォト
リソグラフィ等によって、３つの部分に分かれた上記ｎ
型クラッド層１１の間隔に対応する第１成長阻止マスク
１をｎ型基板１０上に形成する。なお、第１成長阻止マ
スク１は、例えば、ＳｉＯ_２から形成されている。

【００３２】次に、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）法
によって、図４に示すように、ｎ型クラッド層１１、導
波路層１２、及び、第１ｐ型クラッド層１３をこの順で
ｎ型基板１０上に形成する。このように、ＭＯＶＰＥ法
によって各層を選択成長させるので、スポットサイズ変
換部では第１成長阻止マスク１の幅が狭くなるにつれ
て、形成される層の厚さが薄くなる。そして、スポット
サイズ変換部の端部では、上記したように、層厚がレー
ザ部の約１／３まで減少するように形成される。このた
め、スポットサイズ変換部での上記波長組成は、量子サ
イズ効果によって、レーザ部よりも短波長組成となる。
即ち、スポットサイズ変換部で吸収される光の波長は、
レーザ部で吸収される光の波長と比較して長波長とな
り、スポットサイズ変換部では伝搬損失がほとんど生じ
なくなる。

【００３３】その後、第１成長阻止マスク１を除去し、
ＣＶＤ法やフォトリソグラフィ等によって、図５に示す
ように、第１ｐ型クラッド層１３上のレーザ部に対応す
る部分にのみ第２成長阻止マスク２を形成する。なお、
第２成長阻止マスク２は、例えば、ＳｉＯ_２から形成さ
れている。そして、図６に示すように、第２成長阻止マ
スク２が形成されていない領域に、ＭＯＶＰＥ法によっ
て、ｐ型電流ブロック層１４及びｎ型電流ブロック層１
５をこの順で選択成長させる。

【００３４】次に、第２成長阻止マスク２を除去し、Ｍ
ＯＶＰＥ法等によって、図７に示すように、ｎ型電流ブ
ロック層１５及びレーザ部に対応する第１ｐ型クラッド
層１３上に、第２ｐ型クラッド層１６を形成する。続い
て、ＭＯＶＰＥ法等によって、図７に示すように、第２
ｐ型クラッド層１６上にｐ型コンタクト層１７を形成す
る。その後、ＣＶＤ法やフォトリソグラフィ等によっ
て、図８に示すように、レーザ部上部を除いたｐ型コン
タクト層１７上にＳｉＯ_２の絶縁層１８を形成する。

【００３５】続いて、ＣＶＤ法等によって、絶縁層１８
及びレーザ部に相当するｐ型コンタクト層１７上に金属
電極１９を形成し、反射膜２０をレーザ部側の各層側面
に形成して、図２に示した半導体光素子を完成する。以
上のように、レーザ部とスポットサイズ変換部では、導
波路層１２が異なる層厚で形成されるため、レーザ部で
生成されたレーザがスポットサイズ変換部を伝搬中に吸
収されにくくなり、伝搬損失を小さくすることができ
る。

【００３６】また、スポットサイズ変換部では、導波路
層１２が薄くなるにつれて光のスポットサイズが大きく
なり、光のフィールド（電場、磁場）が大きく広がる。
しかし、上記したように、スポットサイズ変換部直上に
は、キャリア濃度の高い第２ｐ型クラッド層１６ではな
く、キャリア濃度の低いｐ型電流ブロック層１４及び価
電子帯吸収の起こらないｎ型電流ブロック層１５を形成
しているので、価電子帯間吸収がほとんど起こらず、よ
り伝搬損失を低減することができる。従って、レンズ等
を設けることなく、高い結合効率で光ファイバ等に接続
することができる。

【００３７】また、レーザ部とスポットサイズ変換部と
では波長組成が異なるため、スポットサイズ変換部に電
圧を印加しても充分な利得を得ることができず、光を増
幅することができない。このため、上記したように、ス
ポットサイズ変換部には、ｐ型電流ブロック層１４及び
ｎ型電流ブロック層１５によって電流が注入されないよ
うに構成し、レーザ部にのみ電流が注入されるようにし
ている。これによって、スポットサイズ変換部での漏れ
電流を少なくでき、従来よりも低い電圧を印加しても、
レーザ部では従来と同等の動作電圧を保つことができ
る。即ち、光の伝搬損失を低減し、レーザ発振のしきい
値電流及び動作電流を低減することができる。具体的に
は、７５℃でのしきい値電流を、２２ｍＡから１８ｍＡ
へと低減することができた。

【００３８】次に、第２の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。第１の実施の形
態で示したような半導体光素子の導波路層１２形成する
際、成長阻止マスクの形状や結晶成長条件等によって
は、スポットサイズ変換部のレーザ部側から数十μｍ
（例えば、５０μｍ程度）の部分とレーザ部とでは、導
波路層１２の波長組成があまり変化しない場合がある。
このような場合、スポットサイズ変換部のレーザ部側か
ら数十μｍの部分では、レーザ部からの光をよく吸収す
るため、電流注入によって光を増幅することができる。
即ち、スポットサイズ変換部のレーザ部側から数十μｍ
の部分にも、電圧を印加することによって、レーザ発振
のしきい値電流や動作電流を低減することができる。

【００３９】以上の理由から、第２の実施の形態にかか
る半導体光素子では、スポットサイズ変換部上のｐ型電
流ブロック層１４、ｎ型電流ブロック層１５、及び、絶
縁層１８が、図９（ａ）に示すように、スポットサイズ
変換部の端面から、レーザ部の手前約５０μｍの部分に
のみ形成されている。即ち、スポットサイズ変換部のレ
ーザ部側から約５０μｍの部分直上には、第２ｐ型クラ
ッド層１６が形成され、この部分にも電流が注入される
ようになっている。なお、上記以外の半導体光素子の構
成は、第１の実施の形態で示した半導体光素子とほぼ同
一である。

【００４０】以上のような構成の半導体光素子の製造方
法は、第１の実施の形態とほぼ同一である。ただし、図
９（ｂ）に示すように、第２成長阻止マスク２を、レー
ザ部上と、スポットサイズ変換部上のレーザ部側から約
５０μｍの部分にも形成する。また、絶縁層１８を、レ
ーザ部上と、スポットサイズ変換部上のレーザ部側から
約５０μｍの部分を除いた領域に形成する。以上のよう
にして、スポットサイズ変換部のレーザ部側から約５０
μｍの部分にも電圧を印加することができ、この部分に
形成されている導波路層１２の波長組成がレーザ部とほ
ぼ同一である場合には、レーザ発振のしきい値電流や動
作電流をより低減することができる。

【００４１】次に、本発明の第３の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。第１の
実施の形態で示したような半導体光素子の導波路層１２
を形成する際、成長阻止マスクの形状や結晶成長条件等
によっては、レーザ部のスポットサイズ変換部側から数
十μｍ（例えば、２０μｍ程度）の部分と、レーザ部の
他の部分とでは、導波路層１２の波長組成が大きく変化
してしまう場合がある。このような場合、レーザ部のス
ポットサイズ変換部側から数十μｍの部分では、光を吸
収しにくく、電流注入によって光を増幅することができ
ない。このため、この部分には電流を注入しない方が漏
れ電流が少なく、レーザ発振のしきい値電流や動作電流
を低減することができる。

【００４２】以上の理由から、第３の実施の形態にかか
る半導体光素子では、図１０（ａ）に示すように、レー
ザ部のスポットサイズ変換部側から約２０μｍの部分に
も、ｐ型電流ブロック層１４、ｎ型電流ブロック層１
５、及び、絶縁層１８が形成されている。即ち、レーザ
部のスポットサイズ変換部側から約２０μｍの部分には
電流が注入されない。なお、上記以外の半導体光素子の
構成は、第１の実施の形態で示した半導体光素子とほぼ
同一である。

【００４３】以上のような構成の半導体光素子の製造方
法は、第１の実施の形態とほぼ同一である。ただし、図
１０（ｂ）に示すように、第２成長阻止マスク２を、ス
ポットサイズ変換部側から約２０μｍの部分を除いたレ
ーザ部上に形成する。また、絶縁層１８をレーザ部上の
スポットサイズ変換部側から約２０μｍの部分にも形成
する。以上のようにして、レーザ部のスポットサイズ変
換部側から約２０μｍの部分には、電圧を印加されない
ようにすることができ、この部分に形成されている導波
路層１２の波長組成がレーザ部と大きく異なる場合は、
レーザ発振のしきい値電流や動作電流をより低減するこ
とができる。

【００４４】次に、本発明の第４の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。第４の
実施の形態にかかる半導体光素子は、図１１（ａ）に示
すように、第１の実施の形態で示した半導体光素子２つ
を、レーザ部で向かえ合わせに結合したような構成とな
っている。また、第４の実施の形態にかかる半導体光素
子は、例えば、図１１（ｂ）に示すように、２つのスポ
ットサイズ変換部にそれぞれ光ファイバ等を接続されて
使用される。そして、半導体光素子は、一方の光ファイ
バから出射した光をレーザ部で増幅し、他方の光ファイ
バに入射する半導体光増幅器として機能する。

【００４５】次に、以上のような構成の半導体光素子の
製造方法について説明する。初めに、レーザ部の両側に
スポットサイズ変換部が形成されるように、図１２に示
すような形の第１成長阻止マスク１を形成する。第１成
長阻止マスク１の形状は、レーザ部に相当する部分で
は、長さが３００μｍ、幅が５０μｍであり、２つのス
ポットサイズ変換部に相当する部分では、長さがそれぞ
れ２００μｍであり、幅が５０μｍから５μｍへと徐々
に狭くなっている。次に、第１成長阻止マスク１が形成
されていない部分に、第１の実施の形態と同様に、ＭＯ
ＶＰＥ法によってｎ型クラッド層１１、導波路層１２、
及び、第１ｐ型クラッド層１３をこの順で形成する。こ
れによって、レーザ部では、層厚がほぼ一定であり、２
つのスポットサイズ変換部では、レーザ部側から端面に
向かって層厚が徐々に薄くなるように形成される。

【００４６】そして、第１成長阻止マスク１を除去し、
レーザ部の第１ｐ型クラッド層１３上に第２成長阻止マ
スク２を形成する。続いて、第１の実施の形態と同様の
ＭＯＶＰＥ法によって、第２成長阻止マスク２が形成さ
れていない領域に、ｐ型電流ブロック層１４及びｎ型電
流ブロック層１５をこの順で形成する。次に、第２成長
阻止マスク２を除去し、第１の実施の形態と同様にし
て、ｎ型電流ブロック層１５及びレーザ部の第１ｐ型ク
ラッド層１３上に第２ｐ型クラッド層１６及びｐ型コン
タクト層１７をこの順で形成する。その後、レーザ部を
除くｐ型コンタクト層１７上に絶縁層１８を形成し、絶
縁膜１８及びレーザ部に相当するｐ型コンタクト層１７
上に金属電極１９を形成して、図１１に示した半導体光
素子を完成する。

【００４７】以上のようにして、レーザ部の両側に、層
厚がレーザ部側から端面へ向けて徐々に薄くなるスポッ
トサイズ変換部を形成することができる。これによっ
て、一方の光ファイバから出射した光のスポットサイズ
はスポットサイズ変換部で縮小され、レーザ部（光増幅
部）で増幅されて他方の光ファイバに入射される光のス
ポットサイズは他方のスポットサイズ変換部で拡大され
る。即ち、レンズ等を設けることなく、光ファイバ等と
の結合損失を低減することができる。また、導波路層１
２の層厚がスポットサイズ変換部とレーザ部とで異なる
ため、その波長組成がレーザ部よりも短波長組成とな
り、スポットサイズ変換部での伝搬損失を低減すること
ができる。

【００４８】さらに、２つのスポットサイズ変換部上に
は、ｐ型電流ブロック層１４、ｎ型電流ブロック層１
５、及び、絶縁層１８が形成され、電流が注入されない
ようになっている。このため、レーザ部（光増幅部）に
のみ電流が注入され、電流漏れが低減され、光を増幅す
るためのしきい値電流や動作電流を低減することができ
る。なお、上記のような半導体光素子の製造で、ＭＯＶ
ＰＥ法の結晶成長条件や所望の特性（しきい値電流、動
作電流、及び、レーザ放射角等）に応じて、第１成長阻
止マスク１や第２成長阻止マスク２の形状を変えたり、
第１、第２、及び、第３の実施の形態で示した半導体光
素子の構成を組み合わせてもよい。

【００４９】また、上記実施の形態で示した半導体光素
子では、注入された電流が内部で拡散するため、ｐ型電
流ブロック層１３及びｎ型電流ブロック層１４が形成さ
れている領域と、絶縁層１８が形成されていない領域と
を一致させる必要はない。即ち、図１３（ａ）に示すよ
うに、ｐ型電流ブロック層１３及びｎ型電流ブロック層
１４の形成領域が、絶縁層１８を形成されていない領域
よりも狭くてもよい。逆に、スポットサイズ変換部に
は、ｐ型電流ブロック層１３及びｎ型電流ブロック層１
４によって電流が注入されないので、例えば図１３
（ｂ）に示すように、絶縁層１８を形成しなくともよ
い。

【００５０】第４の実施の形態で示したレーザ部の両側
にスポットサイズ変換部を有する半導体光素子は、第２
及び第３の実施の形態で示した半導体光素子を、それぞ
れレーザ部を向かえあわせに結合したような構成であっ
てもよい。また、上記半導体光素子のレーザ部は、レー
ザを発振せず、ある特定波長の光を発光するだけでもよ
い。

【００５１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によって、スポットサイズ変換器を集積した半導体光素
子において、動作電圧の増加を招くことなしに光の伝搬
損失を低減することができる。これにより、素子の発振
しきい値電流、動作電流、ならびに動作電圧を低減する
ことが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態にかかる半導体光素子の使用
例を示す模式図である。

【図２】（ａ）は、第１の実施の形態にかかる半導体光
素子を光の伝搬方向に垂直な面で切断したレーザ部側の
構成を示す模式図である。（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ’
断面図である。（ｃ）は、（ａ）のＣ−Ｃ’断面図であ
る。

【図３】第１の実施の形態にかかる半導体光素子の一製
造工程を示す模式図である。

【図４】第１の実施の形態にかかる半導体光素子の一製
造工程を示す模式図である。

【図５】第１の実施の形態にかかる半導体光素子の一製
造工程を示す模式図である。

【図６】第１の実施の形態にかかる半導体光素子の一製
造工程を示す模式図である。

【図７】第１の実施の形態にかかる半導体光素子の一製
造工程を示す模式図である。

【図８】第１の実施の形態にかかる半導体光素子の一製
造工程を示す模式図である。

【図９】（ａ）は、第２の実施の形態にかかる半導体光
素子の構成を示す断面図である。（ｂ）は、（ａ）に示
した半導体光素子の一製造工程を示す模式図である。

【図１０】（ａ）は、第３の実施の形態にかかる半導体
光素子の構成を示す断面図である。（ｂ）は、（ａ）に
示した半導体光素子の一製造工程を示す模式図である。

【図１１】（ａ）は、第４の実施の形態にかかる半導体
光素子の構成を示す断面図である。（ｂ）は、（ａ）に
示した半導体光素子の使用例を示す模式図である。

【図１２】図１１に示した半導体光素子の一製造工程を
示す模式図である。

【図１３】実施の形態にかかる半導体光素子の他の構成
を示す模式図である。

【図１４】（ａ）は、従来の光素子を光の伝搬方向に垂
直な面で切断したレーザ部側の構成を示す模式図であ
る。（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ’断面図である。

【符号の説明】

１第１成長阻止マスク２第２成長阻止マスク１０ｎ型基板１１ｎ型クラッド層１２導波路層１３第１ｐ型クラッド層１４ｐ型電流ブロック層１５ｎ型電流ブロック層１６第２ｐ型クラッド層１７ｐ型コンタクト層１８絶縁層１９金属電極２０反射膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の電圧を印加されることによって発光
する発光手段と、光の伝搬方向に沿って前記発光手段に隣接して形成さ
れ、該発光手段によって生成された光のスポットサイズ
を変換する第１スポットサイズ変換手段と、前記発光手段への電圧印加によって前記第１スポットサ
イズ変換手段に電流が注入されることを阻止する第１電
流ブロック手段と、から構成されていることを特徴とする半導体光素子。
【請求項２】前記発光手段及び前記第１スポットサイズ
変換手段は、第１導電型の下クラッド層と、前記下クラ
ッド層上に形成され、光を伝搬させ、前記発光手段に対
応する部分では層厚がほぼ一定であり、前記第１スポッ
トサイズ変換手段に対応する部分では層厚が連続的に変
化している導波路層と、前記導波路層上に形成された第
２導電型の第１上クラッド層と、から形成され、前記第１電流ブロック手段は、前記第１上クラッド層上
の所定領域に形成された第２導電型の第１電流ブロック
層と、前記第１電流ブロック層上に形成された第１導電
型の第２電流ブロック層と、から形成されていることを特徴とする請求項１に記載の
半導体光素子。
【請求項３】前記第１電流ブロック手段は、前記第１ス
ポットサイズ変換手段よりも長く、その一端は前記第１
スポットサイズ変換手段の前記発光手段とは反対側の端
に一致するように形成されている、ことを特徴とする請
求項１又は２に記載の半導体光素子。
【請求項４】前記第１電流ブロック手段は、前記第１ス
ポットサイズ変換手段よりも短く、その一端は前記第１
スポットサイズ変換手段の前記発光手段とは反対側の端
に一致するように形成されている、ことを特徴とする請
求項１又は２に記載の半導体光素子。
【請求項５】素子抵抗を低減するために、前記第１上ク
ラッド層及び前記第２電流ブロック層上に形成された第
２導電型の第２上クラッド層と、前記第２上クラッド層上に形成された電極と、をさらに
備え、前記第１電流ブロック手段の第１電流ブロック層は、そ
のキャリア濃度が前記第２上クラッド層のキャリア濃度
よりも低い、ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の
半導体光素子。
【請求項６】前記第２上クラッド層と前記電極との間に
形成され、電圧が印加される領域を制限する絶縁層をさ
らに備える、ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか
１項に記載の半導体光素子。
【請求項７】前記絶縁層は、前記第１電流ブロック手段
上では、該第１電流ブロック手段の形成領域に対応する
ように形成されている、ことを特徴とする請求項６に記
載の半導体光素子。
【請求項８】前記絶縁層は、前記第１電流ブロック手段
上では、該第１電流ブロック手段の形成領域よりも長
く、又は、短くなるように形成されている、ことを特徴
とする請求項６に記載の半導体光素子。
【請求項９】前記発光手段の、前記第１スポットサイズ
変換手段とは反対側に形成され、該第１スポットサイズ
変換手段と実質的に同一の第２スポットサイズ変換手段
と、前記発光手段への電圧印加によって前記第２スポットサ
イズ変換手段に電流が注入されることを阻止する、前記
第１電流ブロック手段と実質的に同一の第２電流ブロッ
ク手段と、をさらに備え、前記発光手段は、前記第１及び第２スポットサイズ変換
手段の一方から出射した光を増幅し、他方に入射させ
る、ことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の
半導体光素子。
【請求項１０】所定の電圧を印加されることによって発
光する発光領域と、発光領域で生成された光のスポット
サイズを変換するスポットサイズ変換領域と、を備える
半導体光素子であって、第１導電型の半導体基板と、前記半導体基板上に形成された第１導電型の下クラッド
層と、前記下クラッド層上に形成され、光を伝搬し、光の伝搬
方向に沿って、前記発光領域では層厚がほぼ一定であ
り、前記スポットサイズ変換領域では層厚が連続的に変
化している導波路層と、前記導波路層上に形成された第２導電型の第１上クラッ
ド層と、前記第１上クラッド層上の発光領域に形成された第２導
電型の第２上クラッド層と、前記第２上クラッド層上に形成された電極と、前記第１上クラッド層上のスポットサイズ変換領域に形
成され、前記第２上クラッド層よりも低いキャリア濃度
を有する第２導電型の低濃度層と、前記低濃度層上に形成され、該低濃度層と共に逆接合を
形成し、前記第１上クラッド層のスポットサイズ変換領
域への電流注入を阻止する第１導電型の電流ブロック層
と、から構成されていることを特徴とする半導体光素子。
【請求項１１】前記導波路層は、層厚が連続的に変化し
ている領域の間に、層厚がほぼ一定である領域が存在す
るように形成されている、ことを特徴とする請求項１０
に記載の半導体光素子。
【請求項１２】前記導波路層は、スポットサイズ変換領
域では、発光領域から離れるに従って、その層厚が徐々
に薄くなっている、ことを特徴とする請求項１０又は１
１に記載の半導体光素子。
【請求項１３】所定の電圧を印加されることによって発
光する発光手段と、前記発光手段によって生成された光
のスポットサイズを変換するスポットサイズ変換手段
と、前記発光手段への電圧印加によって前記スポットサ
イズ変換手段に電流が注入されることを阻止する電流ブ
ロック手段と、から構成される半導体光素子の製造方法
であって、基板上の所定領域に第１導電型の下クラッド層と、光を
伝搬させ、前記発光手段に対応する部分では層厚がほぼ
一定であり、前記スポットサイズ変換手段に対応する部
分では層厚が連続的に変化している導波路層と、第２導
電型の第１上クラッド層と、を選択的に形成し、前記発
光手段及び前記スポットサイズ変換手段を形成する発光
・変換手段形成工程と、前記第１上クラッド層上の所定領域に第２導電型の第１
電流ブロック層、及び、第１導電型の第２電流ブロック
層を、選択的に形成する電流ブロック形成工程と、前記第１上クラッド層上に、前記第１電流ブロック層よ
りも高いキャリア濃度を有する第２導電型の第２上クラ
ッド層を形成する第２上クラッド形成工程と、前記第２上クラッド層上に電極を形成する電極形成工程
と、を備えることを特徴とする半導体光素子の製造方法。
【請求項１４】前記発光・変換手段形成工程は、前記Ｍ
ＯＶＰＥ（有機金属気相成長）法によって、前記発光手
段及び前記スポットサイズ変換手段を形成する工程を備
え、前記電流ブロック形成工程は、ＭＯＶＰＥ（有機金属気
相成長）法によって、前記第１電流ブロック層及び前記
第２電流ブロック層を形成する工程を備える、ことを特徴とする請求項１３に記載の半導体光素子の製
造方法。