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JP7717466B2 - 光半導体装置 - Google Patents
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JP7717466B2 - 光半導体装置 - Google Patents

光半導体装置

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Description

本発明は、光半導体装置に関する。
従来、メサ上にヒータ層を備えた光半導体装置が知られている（特許文献１）。
特開２０１６－０５４１６８号公報
この種の光半導体装置にあっては、例えば、ヒータ層が設けられていることによって生じる不都合な事象を回避して、信頼性を向上することができれば、有益である。
そこで、本発明の課題の一つは、例えば、信頼性を向上することができるような、改善された新規な構成を備えた光半導体装置を得ることである。
本発明の光半導体装置は、例えば、第一方向と交差した表面を有したベースと、前記表面から第一方向に突出し、頂面と二つの側面とを有し、前記表面に沿って前記第一方向と交差した方向に延びたメサと、前記頂面に対して前記ベースとは反対側に位置した頂壁を有し、前記メサに沿って延びたヒータ層と、を備えた光半導体装置であって、前記メサは、前記第一方向と交差した第二方向に延びた第一メサと、当該第一メサから分岐し当該第一メサから前記第二方向に向かうにつれて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互いに離れるように延びた複数の第二メサと、を有し、前記第二メサは、前記第三方向に隣接した他の第二メサに近い第一側面と、当該隣接した他の第二メサから遠い第二側面と、を有し、前記ヒータ層は、少なくとも一つの前記第二メサにおいて前記第一メサから離れた位置から前記第一側面に沿って当該第一メサから離れるように延びた第一側壁を有する。
前記半導体装置は、前記ヒータ層を覆う被覆層を備えてもよい。
前記光半導体装置にあっては、前記第一側壁は、当該第一側壁が設けられた前記第二メサと隣接した別の第二メサまたは当該別の第二メサに設けられたヒータ層から離間してもよい。
前記光半導体装置にあっては、前記ヒータ層は、前記第二メサにおいて、前記第一メサから離れて前記第一側壁を有した第一部位と、当該第一部位よりも前記第一メサの近くで前記第一側壁を有さない第二部位と、を有してもよい。
前記光半導体装置にあっては、ヒータ層は、前記第一側面とは反対側の第二側面に沿って延びた第二側壁を有してもよい。
前記光半導体装置にあっては、前記ヒータ層は、前記第一メサに沿って延びた第一ヒータ層と、当該第一ヒータ層と繋がり前記第二メサに沿って延びた第二ヒータ層と、を有し、前記第二ヒータ層は、当該第二ヒータ層が設けられた前記第二メサの前記第一メサと隣接した端部において、隣接した別の第二メサまたは当該別の第二メサに設けられたヒータ層から間隔をあけて設けられてもよい。
前記光半導体装置にあっては、前記第二ヒータ層は、前記第一方向の反対方向に見た場合に、前記第二側面よりも前記第一側面に近い幅方向の第一端縁と、前記第一側面よりも前記第二側面に近い幅方向の第二端縁と、前記第一メサから離れた第三部位と、当該第三部位と前記第一メサとの間に位置するとともに前記第三部位と比べて前記第一端縁が前記第二側面に近い側に位置した第四部位と、を有してもよい。
前記光半導体装置にあっては、前記第二ヒータ層は、前記第一方向の反対方向に見た場合に、前記第二側面よりも前記第一側面に近い幅方向の第一端縁と、前記第一側面よりも前記第二側面に近い幅方向の第二端縁と、を有するとともに、前記第一端縁が前記第一メサに近づくにつれて前記第二側面に近づいてもよい。
前記光半導体装置にあっては、前記第一方向の反対方向に見た場合に、前記第二ヒータ層は、当該第二ヒータ層の全域において前記第一側面から前記第二側面に近い側に離れるとともに当該第二側面に寄せて位置されてもよい。
前記光半導体装置にあっては、前記第一方向の反対方向に見た場合に、前記第一ヒータ層は、前記第二ヒータ層よりも広い幅で前記第一メサに沿って延びてもよい。
本発明の光半導体装置は、例えば、第一方向と交差した表面を有したベースと、前記表面から第一方向に突出し、頂面と二つの側面とを有し、前記表面に沿って前記第一方向と交差した方向に延びたメサと、前記頂面に対して前記ベースとは反対側に位置した頂壁を有し、前記メサに沿って延びたヒータ層と、を備えた光半導体装置であって、前記メサは、前記第一方向と交差した第二方向に延びた第一メサと、当該第一メサの前記第二方向の端部において当該第一メサから分岐し当該第一メサから前記第二方向に向かうにつれて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互いに離れるように延びた複数の第二メサと、前記第一メサの前記第二方向の反対方向の端部において当該第一メサから分岐し当該第一メサから前記第二方向の反対方向に向かうにつれて前記第三方向に互いに離れるように延びた複数の第三メサと、を有し、前記第二メサおよび前記第三メサは、それぞれ、前記第三方向に隣接した他の第二メサまたは他の第三メサに近い第一側面と、当該隣接した他の第二メサまたは他の第三メサから遠い第二側面と、を有し、前記ヒータ層は、前記第一メサには設けられず、前記第二メサのうち前記第一メサから離れた部位に設けられた第二ヒータ層と、前記第三メサのうち前記第一メサから離れた部位に設けられた第三ヒータ層と、を有し、前記第二ヒータ層および前記第三ヒータ層は、前記第一側面に沿って延びた第一側壁および前記第二側面に沿って延びた第二側壁のうち少なくとも一方を有する。
前記光半導体装置にあっては、前記ヒータ層は、熱電材料で作られ、前記第二ヒータ層と前記第三ヒータ層とが、直列または並列に電気的に接続されてもよい。
前記光半導体装置は、前記第一メサに沿って延びるとともに、前記第二ヒータ層と前記第三ヒータ層とを電気的に接続した配線層を備えてもよい。
本発明の光半導体装置は、例えば、第一方向と交差した表面を有したベースと、前記表面から第一方向に突出し、頂面と二つの側面とを有し、前記表面に沿って前記第一方向と交差した方向に延びたメサと、前記頂面に対して前記ベースとは反対側に位置した頂壁を有し、前記メサに沿って延びたヒータ層と、を備えた光半導体装置であって、前記メサは、前記第一方向と交差した第二方向に延びた第一メサと、当該第一メサから分岐し当該第一メサから前記第二方向に向かうにつれて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互いに離れるように延びた複数の第二メサと、を有し、前記第二メサは、前記第三方向に隣接した他の第二メサに近い第一側面と、当該隣接した他の第二メサから遠い第二側面と、を有し、前記ヒータ層は、前記第一メサに沿って延びた第一ヒータ層と、当該第一ヒータ層と繋がり前記第二メサに沿って延びた第二ヒータ層と、を有し、前記第二ヒータ層は、当該第二ヒータ層が設けられた前記第二メサの前記第一メサと隣接した端部において、隣接した別の第二メサから間隔をあけて設けられる。
前記光半導体装置にあっては、前記複数の第二メサのうちの一つは、前記第一方向の反対方向に見た場合に湾曲しており、周状のメサの一部を構成してもよい。
前記光半導体装置にあっては、前記周状のメサは、リング共振器を構成してもよい。
前記光半導体装置にあっては、前記複数の第二メサのうちの一つは、前記第一方向の反対方向に見た場合に、少なくとも前記第一メサと隣接した部位において、直線状に延びてもよい。
前記光半導体装置にあっては、前記第一メサは、多モード干渉導波路を構成してもよい。
本発明によれば、例えば、信頼性を向上することができるような、改善された新規な構成を備えた光半導体装置を得ることができる。
図１は、第１実施形態の光半導体装置の例示的かつ模式的な平面図である。 図２は、第１実施形態の光半導体装置の一部のメサ、ヒータ層、および配線層を示す例示的かつ模式的な平面図である。 図３は、第１実施形態の光半導体装置の分岐部近傍のメサおよびヒータ層を示す例示的かつ模式的な平面図である。 図４は、図３のIV－IV位置における光半導体装置の例示的かつ模式的な断面図である。 図５は、図３のV－V位置における光半導体装置の例示的かつ模式的な断面図である。 図６は、図３のVI－VI位置における光半導体装置の例示的かつ模式的な断面図である。 図７は、参考例の光半導体装置の図６と同等位置における例示的かつ模式的な断面図である。 図８は、第２実施形態の光半導体装置の一部のメサ、ヒータ層、および配線層を示す例示的かつ模式的な平面図である。 図９は、第３実施形態の光半導体装置の分岐部近傍のメサおよびヒータ層を示す例示的かつ模式的な平面図である。 図１０は、第４実施形態の光半導体装置の一部のメサ、ヒータ層、および配線層を示す例示的かつ模式的な平面図である。 図１１は、第５実施形態の光半導体装置の分岐部近傍のメサおよびヒータ層を示す例示的かつ模式的な平面図である。 図１２は、第６実施形態の光半導体装置の分岐部近傍のメサおよびヒータ層を示す例示的かつ模式的な平面図である。 図１３は、第７実施形態の光半導体装置の図４と同等位置での例示的かつ模式的な断面図である。 図１４は、第８実施形態の光半導体装置の図４と同等位置での例示的かつ模式的な断面図である。 図１５は、第９実施形態の光半導体装置の図４と同等位置での例示的かつ模式的な断面図である。 図１６は、第１０実施形態の光半導体装置の図４と同等位置での例示的かつ模式的な断面図である。 図１７は、第１１実施形態の光半導体装置の図４と同等位置での例示的かつ模式的な断面図である。 図１８は、第１２実施形態の光半導体装置の図６と同等位置での例示的かつ模式的な断面図である。 図１９は、第１３実施形態の波長可変レーザ装置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、部位や、方向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。
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態の光半導体装置１００Ａの平面図である。図１に示されるように、光半導体装置１００Ａは、ベース１０とメサ２０－１，２０－２Ｌ，２０－２Ｃとを備えている。この光半導体装置１００Ａは、一例として、リング共振器を構成することができる。
ベース１０は、例えば、半導体基板であり、Ｚ方向と交差しかつ直交するとともに、Ｘ方向およびＹ方向に延びている。ベース１０は、表面１０ａを有している。表面１０ａは、Ｚ方向と交差しかつ直交するとともに、Ｘ方向およびＹ方向に延びている。ベース１０は、例えば、ｎ型のインジウムリン（ＩｎＰ）のような、閃亜鉛鉱型構造を有したIII－V族半導体で作られる。ベース１０は、基板とも称されうる。表面１０ａは、表面の一例である。
メサ２０－１，２０－２Ｌ，２０－２Ｃは、表面１０ａ上に突出して当該表面１０ａに沿って延びた壁のような形状を有している。Ｚ方向は、第一方向の一例である。
光半導体装置１００Ａは、二つのメサ２０－１と、四つのメサ２０－２Ｌと、二つのメサ２０－２Ｃと、を有している。光半導体装置１００Ａに含まれる複数のメサ２０－１，２０－２Ｌ，２０－２Ｃの表面１０ａからのＺ方向の高さは、略同じである。
図１に示されるように、Ｚ方向の反対方向に見た場合において、二つのメサ２０－１は、略同じ形状および寸法を有し、平行に配置されている。メサ２０－１は、Ｘ方向に長い長方形状の形状を有している。四つのメサ２０－２Ｌは、いずれもＸ方向に延びている。メサ２０－２Ｌも、Ｘ方向に長い長方形状の形状を有している。また、二つのメサ２０－２Ｃは、略同じ形状および寸法を有するとともに、半円弧状に略一定の幅で湾曲している。二つのメサ２０－２Ｃは、Ｘ方向の中央を通りＹ方向に沿う仮想中心線に対して線対称に配置されている。メサ２０－２Ｌの幅とメサ２０－２Ｃの幅とは、略同じであり、メサ２０－１の幅の略半分である。二つのメサ２０－１と二つのメサ２０－２Ｃとは、略長円状の周状のメサを構成している。
メサ２０－１は、Ｙ方向に略一定の幅で、Ｘ方向に延びている。メサ２０－１は、第一メサの一例であり、Ｘ方向またはＸ方向の反対方向は、第二方向の一例である。
メサ２０－２Ｌ，２０－２Ｃは、メサ２０－１から分岐部Ｊにおいて分岐し、メサ２０－１からＸ方向またはＸ方向の反対方向に向かうにつれてＹ方向に互いに離れるように延びている。メサ２０－２Ｌは、Ｙ方向に略一定の幅でＸ方向に直線状に延びており、メサ２０－２Ｃは、一定の幅で湾曲しながら延びている。メサ２０－２Ｌ，２０－２Ｃは、第二メサの一例である。Ｙ方向は、第三方向の一例である。
また、ベース１０およびメサ２０－１，２０－２Ｌ，２０－２Ｃは、被覆層４０によって覆われている。さらに、メサ２０－１，２０－２Ｃは、ヒータ層３０（図２参照）で覆われ、当該ヒータ層３０は、さらに被覆層４１によって覆われている。
図２は、光半導体装置１００Ａの一部の、被覆層４０，４１を除いた、メサ２０－１，２０－２Ｌ，２０－２Ｃ、ヒータ層３０、および配線層５０を示す平面図である。
ヒータ層３０は、通電により発熱する電気抵抗体であり、例えば、タングステンやその合金等のような、熱電材料で作られる。また、配線層５０は、例えば、金のような、導電性の高い材料で作られる。
図２に示されるように、ヒータ層３０は、メサ２０－１に沿って延びた区間３０－１と、メサ２０－２Ｃに沿って延びた区間３０－２１，３０－２２と、を有している。区間３０－１，３０－２２，３０－２１，３０－２２，３０－１は、この順に直列に繋がっており、一連のヒータ層３０を構成している。区間３０－２１は、区間３０－１から離れている。また、区間３０－２２は、区間３０－２１よりも区間３０－１の近くに位置するとともに、区間３０－２１と区間３０－１との間に位置している。区間３０－１は、第一ヒータ層の一例であり、区間３０－２１，３０－２２は、第二ヒータ層の一例である。また、区間３０－２１は、第一部位および第三部位の一例であり、区間３０－２２は、第二部位および第四部位の一例である。
二つの区間３０－１には、それぞれ、配線層５０が接続されている。二つの配線層５０に所定の電圧が印加されることにより、ヒータ層３０が通電され、発熱する。
ここで、区間３０－１は、Ｚ方向の反対方向に見た場合に、区間３０－２１，３０－２２よりも広い幅で、メサ２０－１に沿って延びている。これにより、区間３０－１においてヒータ層３０の断面積が大きくなり、電気抵抗をより小さくすることができ、ひいては、例えば、ヒータ層３０による加熱効率を高めることができたり、光半導体装置１００Ａの局所的な過度な温度上昇を抑制して信頼性を高めることができたり、といった利点が得られる。
図３は、分岐部Ｊの近傍におけるメサ２０－１，２０－２Ｌ，２０－２Ｃおよびヒータ層３０の平面図である。また、図４は、光半導体装置１００Ａの図３のIV－IV位置での断面図であり、図５は、光半導体装置１００Ａの図３のV－V位置での断面図であり、図６は、光半導体装置１００Ａの図３のVI－VI位置での断面図である。
図４は、メサ２０－２Ｃ（２０）の断面図である。メサ２０－２Ｃは、頂面２０ａと、二つの側面２０ｂ（２０ｂ１，２０ｂ２）と、を有している。当該断面においては、メサ２０－２Ｃには、ヒータ層３０の区間３０－２１が設けられている。
頂面２０ａは、Ｚ方向と交差するとともに直交している。頂面２０ａは、表面１０ａと略平行である。
側面２０ｂは、Ｚ方向に延びている。また、側面２０ｂは、Ｚ方向に略一定の幅で、Ｚ方向と交差する方向に延びている。
ここで、図３を参照すれば明らかとなるように、二つの側面２０ｂのうち、側面２０ｂ１は、分岐部ＪにおいてＹ方向に隣接した他のメサ２０－２Ｌにより近く、側面２０ｂ２は、当該他のメサ２０－２Ｌからより遠い。側面２０ｂ１は、第一側面の一例であり、側面２０ｂ２は、第二側面の一例である。
また、図４に示されるように、メサ２０－２Ｃは、クラッド層２１と、導波路層２２と、クラッド層２３と、を有している。クラッド層２１、導波路層２２、およびクラッド層２３は、Ｚ方向にこの順に並んでいる。すなわち、導波路層２２は、クラッド層２１，２３の間に挟まれている。
メサ２０－２Ｃは、公知の半導体製造プロセスによって作ることができる。クラッド層２１，２３は、コアとしての導波路層２２に対するクラッドとして機能する。クラッド層２１，２３は、導波路層２２の材質よりも屈折率が低い材質によって作られうる。一例として、導波路層２２が導波する光の波長が１．５５［μｍ］である場合、クラッド層２１，２３はＩｎＰで作られ、導波路層２２はＩｎＧａＡｓＰによって作られる。なお、導波路層２２およびクラッド層２１，２３の材質は、この例には限定されず、導波路層２２によって伝送される光の波長に応じて適宜に設定されうる。
ベース１０の表面１０ａ、メサ２０－２Ｃの頂面２０ａおよび側面２０ｂは、絶縁性を有した被覆層４０で覆われている。被覆層４０は、各面上に略一定の厚さで形成される。被覆層４０は、例えば、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）や、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）のような誘電体によって作られる。また、ヒータ層３０は、被覆層４０と同種の材料で作られた被覆層４１で覆われている。このような構成において、ヒータ層３０は、被覆層４０，４１によって覆われている。
ヒータ層３０の区間３０－２１（３０）は、頂壁３１と、二つの側壁３２，３３と、を有している。このように、ヒータ層３０が、頂壁３１に加えて、二つの側壁３２，３３を有することにより、ヒータ層３０の断面積をより大きくし、電気抵抗をより小さくすることができる。これにより、例えば、ヒータ層３０による加熱効率を高めることができたり、光半導体装置１００Ａの局所的な過度な温度上昇を抑制して信頼性を高めることができたり、といった利点が得られる。
頂壁３１は、メサ２０－２Ｃの頂面２０ａ上に、被覆層４０を介して設けられている。頂壁３１は、略一定の厚さおよび略一定の幅を有し、メサ２０－２Ｃの頂面２０ａに略沿って延びている。頂壁３１は、頂面２０ａに対して、ベース１０とは反対側に位置している。
側壁３２，３３は、それぞれ、メサ２０－２Ｃの側面２０ｂ上に、被覆層４０を介して設けられている。側壁３２，３３は、略一定の厚さおよびＺ方向における略一定の幅を有し、メサ２０－２Ｃの側面２０ｂに沿って延びている。側面２０ｂ１に沿って延びた側壁３２は、第一側壁の一例であり、側面２０ｂ２に沿って延びた側壁３３は、第二側壁の一例である。
本実施形態では、頂壁３１および二つの側壁３２，３３は、各断面において、一体的に接続されている。頂壁３１および二つの側壁３２，３３は、メサ２０－２Ｃの延び方向と直交する断面においてＵ字状の形状を有し、メサ２０－２Ｃの突端を覆っている。また、頂壁３１および二つの側壁３２，３３は、メサ２０－２Ｃの延び方向に沿って延びている。
図５は、メサ２０－１（２０）の断面図である。メサ２０－１は、幅が異なるものの、メサ２０－２Ｃと略同様の構成を有している。メサ２０－１の導波路層２２と、メサ２０－２Ｃの導波路層とは、Ｚ方向の同じ位置に設けられ、Ｘ方向に繋がっており、光学的に接続されている。メサ２０－１には、ヒータ層３０の区間３０－１が設けられている。
図６は、メサ２０－２Ｌ，２０－２Ｃ（２０）の断面図である。
メサ２０－２Ｌは、メサ２０－２Ｃと略同様の構成を有している。メサ２０－１の導波路層２２と、メサ２０－２Ｌの導波路層とは、Ｚ方向の同じ位置に設けられ、Ｘ方向に繋がっており、光学的に接続されている。また、メサ２０－２Ｌにはヒータ層３０は設けられていない。
他方、図６を図４と比較して参照すれば明らかとなるように、この部位において、メサ２０－２Ｃにおけるヒータ層３０の区間３０－２２は、ヒータ層３０の区間３０－２１とは異なる構成を有している。具体的に、図４に示した区間３０－２１においては、ヒータ層３０は、側壁３２を有していたのに対し、図６に示した区間３０－２２においては、ヒータ層３０は、側壁３２を有していない。ここで、図３にも示されるように、区間３０－２２は、区間３０－２１よりも区間３０－１の近くに位置している。つまり、メサ２０－２Ｃに設けられたヒータ層３０は、メサ２０－１から離れて側壁３２を有した区間３０－２１と、当該区間３０－２１よりもメサ２０－１の近くで側壁３２を有さない区間３０－２２と、を有している。
言い換えると、メサ２０－２Ｃにおいて、ヒータ層３０の側壁３２は、メサ２０－１から離れた位置から、側面２０ｂ１に沿って、メサ２０－１から離れるように、メサ２０－２Ｃの延び方向に沿って延びている。また、当該側壁３２は、当該メサ２０－２Ｃと隣接した別のメサ２０－２Ｌから離間している。
さらに、図３に示されるように、Ｚ方向の反対方向に見た場合に、ヒータ層３０の区間３０－２１，３０－２２は、メサ２０－２Ｃの側面２０ｂ２よりも側面２０ｂ１に近い側の端縁３０ａと、側面２０ｂ１よりも側面２０ｂ２に近い側の端縁３０ｂと、を有している。そして、区間３０－２２において、端縁３０ａは、メサ２０－１、区間３０－１、および分岐部Ｊの根元に近づくにつれて、側面２０ｂ２に近づいている。すなわち、区間３０－２２において、端縁３０ａは、区間３０－２１よりも側面２０ｂ２の近くに位置している。端縁３０ａは、第一端縁の一例であり、端縁３０ｂは、第二端縁の一例である。
このように、メサ２０－２Ｃに設けられたヒータ層３０（区間３０－２１，３０－２２）において、メサ２０－１に近く当該メサ２０－１と隣接した端部としての区間３０－２２は、メサ２０－２Ｌから間隔をあけて設けられている。
図７は、参考例の光半導体装置１００Ｒの図６と同等位置における断面図である。発明者らは、メサ２０－２Ｃ上にヒータ層３０を設ける構成について実験的な検討を重ねたところ、メサ２０－２Ｌ，２０－２Ｃが幅方向に互いに近接した部位では、図７に示されるように、メサ２０－２Ｃ上に設けられたヒータ層３０が、所期の形状に形成され難くなり、メサ２０－２Ｃの側面を超えて、メサ２０－２Ｌ側に張り出した張出部３０ｐが形成されてしまう場合があるという知見を得た。また、このような張出部３０ｐは、互いに隣接したメサ２０－２Ｌ，２０－２Ｃの距離が近いほど形成され易い上、ヒータ層３０の端縁３０ａがメサ２０－２Ｌに近いほど形成され易く、さらに、メサ２０－２Ｌに近い側壁３２を設けようとした場合により一層形成され易いことが判明した。加えて、このような張出部３０ｐが形成されてしまった場合、当該張出部３０ｐが被覆層４０，４１によって覆われず当該被覆層４０，４１から部分的に露出し、酸化しやすくなる虞があることが判明した。
また、メサ２０－２Ｌ，２０－２Ｃとヒータ層３０との熱膨張係数に差がある場合、メサ２０－２Ｌ，２０－２Ｃおよびヒータ層３０の熱膨張あるいは熱収縮によって、張出部３０ｐがメサ２０－２Ｌを押圧したり食い込んだりすることにより、メサ２０－２Ｌが損傷する虞があることが判明した。
この点、上述したように、本実施形態では、メサ２０－２Ｃに設けられたヒータ層３０のうち、メサ２０－１に近く当該メサ２０－１と隣接した端部、言い換えると分岐部Ｊに近い端部としての区間３０－２２は、メサ２０－２Ｌから間隔をあけて設けられている。このような構成によれば、例えば、ヒータ層３０の張出部３０ｐが形成され、当該張出部３０ｐが被覆層４０，４１から露出することによりヒータ層３０が酸化しやすくなるという事態、ならびに張出部３０ｐが熱膨張または熱収縮によってメサ２０－２Ｌを損傷するという事態を、回避することができる。すなわち、本実施形態によれば、例えば、ヒータ層３０が設けられていることによって生じる不都合な事象を回避することができ、光半導体装置１００Ａの信頼性を高めることができる。また、本実施形態によれば、例えば、分岐部Ｊの近傍においてヒータ層３０の形状の個体差ばらつきが大きくなり、ひいてはヒータ層３０による加熱性能の個体差ばらつきが大きくなるのを抑制できる、という利点も得られる。
［第２実施形態］
図８は、第２実施形態の光半導体装置１００Ｂの一部の、メサ２０－１，２０－２Ｌ，２０－２Ｃ、ヒータ層３０、および配線層５０を示す平面図である。図８に示されるように、本実施形態では、ヒータ層３０は、その全域において、側壁３２（図４，５参照）を有せず、頂壁３１と側壁３３とを有している。また、Ｚ方向の反対方向に見た場合に、ヒータ層３０は、メサ２０－２Ｃ上の区間３０－２の全域において、メサ２０－２Ｃの側面２０ｂ１から側面２０ｂ２に近い側に離れるとともに、当該側面２０ｂ２に寄せて位置されている。さらに、端縁３０ａは、メサ２０－２Ｃの側面２０ｂ１から側面２０ｂ２に近い側に離れている。区間３０－２は、第二ヒータ層の一例である。
このような構成においても、メサ２０－２Ｃに設けられたヒータ層３０は、分岐部Ｊに近い部位において、メサ２０－２Ｌから間隔をあけて位置される。よって、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。
［第３実施形態］
図９は、第３実施形態の光半導体装置１００Ｃの一部の、メサ２０－１，２０－２Ｌ，２０－２Ｃ、２０－３Ｌ，２０－３Ｃ、ヒータ層３０、および配線層５０を示す平面図である。図９に示されるように、Ｚ方向の反対方向に見た場合に、メサ２０－２Ｌとメサ２０－３Ｌ、メサ２０－２Ｃとメサ２０－３Ｃ、ヒータ層３０の区間３０－２とヒータ層３０の区間３０－３は、それぞれ、Ｘ方向の中央を通りＹ方向に沿う仮想中心線に対して線対称に設けられている。
メサ２０－３Ｌおよびメサ２０－３Ｃは、メサ２０－１のＸ方向の反対方向の端部においてメサ２０－１から分岐しており、Ｘ方向の反対方向に向かうにつれてＹ方向に互いに離れるように延びている。メサ２０－３Ｌおよびメサ２０－３Ｃは、複数の第三メサの一例である。
また、メサ２０－３Ｃは、Ｙ方向に隣接したメサ２０－３Ｌに近い側面２０ｂ１と、メサ２０－３Ｌから遠い側面２０ｂ２と、を有している。
ヒータ層３０の区間３０－３は、メサ２０－３Ｃのうちメサ２０－１から離れた部位に設けられている。ヒータ層３０の区間３０－３は、第三ヒータ層の一例である。
本実施形態でも、メサ２０－２Ｃ，２０－３Ｃに設けられたヒータ層３０（３０－２，３０－３）は、分岐部Ｊおよびメサ２０－２Ｌ，２０－３Ｌから離間している。よって、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、本実施形態でも、ヒータ層３０は、側壁３２，３３を有している。よって、本実施形態によっても、例えば、ヒータ層３０による加熱効率を高めることができたり、メサ２０－２Ｃ，２０－３Ｃの表面の単位面積あたりの温度上昇を抑制することができたり、といった利点が得られる。なお、ヒータ層３０は、側壁３２，３３のうち少なくとも一方を有していればよい。
さらに、本実施形態では、二つのメサ２０－１を覆うように当該メサ２０－１に沿って延びた配線層５０が設けられており、二つの配線層５０間に、ヒータ層３０の区間３０－２が介在する回路と、ヒータ層３０の区間３０－３が介在する回路とが、並列に設けられる。本実施形態によれば、例えば、メサ２０－１上の二つのヒータ層３０の区間３０－２，３０－３の間の領域を、配線層５０を設ける領域として有効に利用することができる。
なお、二つの配線層５０のうち一方の配線層５０をＸ方向の中間位置で二つに分離し、当該分離した部位の一方に直流電源の正極を接続するとともに他方に負極を接続することにより、二つのヒータ層３０の区間３０－２，３０－３が直列に接続された回路を構成することができる。
［第４実施形態］
図１０は、第４実施形態の光半導体装置１００Ｄの一部の、メサ２０－１，２０－２Ｌ，２０－２Ｃ、ヒータ層３０、および配線層５０を示す平面図である。図９に示されるように、本実施形態では、光半導体装置１００Ｄは、第１実施形態と同様のヒータ層３０と、メサ２０－２Ｌに設けられたヒータ層３０Ｅと、を備えている。
図１０から明らかとなるように、ヒータ層３０は、ヒータ層３０Ｅが設けられたメサ２０－２Ｌから離間するとともに、当該メサ２０－２Ｌに設けられたヒータ層３０Ｅからも離間している。また、ヒータ層３０Ｅは、ヒータ層３０が設けられたメサ２０－２Ｃから離間するとともに、当該メサ２０－２Ｃに設けられたヒータ層３０からも離間している。よって、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。
［第５実施形態］
図１１は、第５実施形態の光半導体装置１００Ｅの分岐部Ｊの近傍における、メサ２０－１，２０－２Ｌ，２０－２Ｃおよびヒータ層３０の平面図である。図１１に示されるように、ヒータ層３０は、側壁３２，３３を有していない。このため、Ｚ方向の反対方向に見た場合に、端縁３０ａは、メサ２０－１，２０－２Ｌ，２０－２Ｃから幅方向に張り出すことなく、側面２０ｂと同じ位置か、側面２０ｂよりも幅方向の内側に位置している。
本実施形態の光半導体装置１００Ｅは、側壁３２，３３を有していない点を除き、第１実施形態と同様の構成を備えている。すなわち、Ｚ方向の反対方向に見た場合に、区間３０－２２において、端縁３０ａは、メサ２０－１、区間３０－１、および分岐部Ｊの根元に近づくにつれて、側面２０ｂ２に近づいている。すなわち、区間３０－２２において、端縁３０ａは、区間３０－２１よりも側面２０ｂ２の近くに位置している。
本実施形態でも、メサ２０－２Ｃに設けられたヒータ層３０は、分岐部Ｊおよびメサ２０－２Ｌから離間している。よって、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。
［第６実施形態］
図１２は、第６実施形態の光半導体装置１００Ｆの分岐部Ｊの近傍における、メサ２０－１，２０－２Ｌ，２０－２Ｃおよびヒータ層３０の平面図である。図１２に示されるように、ヒータ層３０は、側壁３２，３３を有していない。Ｚ方向の反対方向に見た場合に、端縁３０ａは、メサ２０－１，２０－２Ｌ，２０－２Ｃから幅方向に張り出すことなく、側面２０ｂと同じ位置か、側面２０ｂよりも幅方向の内側に位置している。
本実施形態の光半導体装置１００Ｆは、ヒータ層３０が側壁３３を有していない点を除き、第２実施形態と同様の構成を備えている。すなわち、Ｚ方向の反対方向に見た場合に、ヒータ層３０は、メサ２０－２Ｃ上の区間３０－２の全域において、メサ２０－２Ｃの側面２０ｂ１から側面２０ｂ２に近い側に離れるとともに、当該側面２０ｂ２に寄せて位置されている。さらに、端縁３０ａは、メサ２０－２Ｃの側面２０ｂ１から側面２０ｂ２に近い側に離れている。
本実施形態でも、メサ２０－２Ｃに設けられたヒータ層３０は、分岐部Ｊおよびメサ２０－２Ｌから離間している。よって、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。
［第７実施形態］
図１３は、第７実施形態の光半導体装置１００Ｇの図４と同等位置での断面図である。
図１３を図４と比較すれば明らかとなるように、本実施形態では、ヒータ層３０の区間３０－２１における側壁３２，３３のＺ方向の長さが、第１実施形態よりも長い。よって、本実施形態によれば、ヒータ層３０の断面積を、より一層大きくすることができる。したがって、例えば、ヒータ層３０による加熱効率をより一層高めることができたり、光半導体装置１００Ｇの局所的な過度な温度上昇をより一層抑制して信頼性をより一層高めることができたり、といった利点が得られる。
また、本実施形態では、例えば、導波路層２２と側壁３２，３３とが、メサ２０－２Ｃの幅方向に重なっている。そして、導波路層２２と側壁３２，３３との間に、被覆層４０が介在している。
このような構成によれば、例えば、側壁３２，３３が導波路層２２とＹ方向に重なる位置まで延びた構成において、被覆層４０により、導波路層２２から光の吸収性が比較的高い側壁３２，３３への光の漏れを、抑制することができる。
［第８実施形態］
図１４は、第８実施形態の光半導体装置１００Ｈの図４と同等位置での断面図である。
本実施形態では、ヒータ層３０の側壁３２，３３のＺ方向の長さが、互いに異なっている。このような構成によっても、ヒータ層３０が側壁３２，３３を有してヒータ層３０の断面積が増大することによる効果が得られる。
［第９実施形態］
図１５は、第９実施形態の光半導体装置１００Ｉの図４と同等位置での断面図である。
本実施形態では、ヒータ層３０の区間３０－２１における頂壁３１と側壁３２，３３との間に、スリットＳが設けられている。ここで、頂壁３１、側壁３２、および側壁３３は、それぞれ並列な熱電回路を構成している。よって、本実施形態によっても、ヒータ層３０が側壁３２，３３を有してヒータ層３０の断面積が増大することによる効果が得られる。
［第１０実施形態］
図１６は、第１０実施形態の光半導体装置１００Ｊの図４と同等位置での断面図である。
本実施形態では、導波路層２２の幅がメサ２０－２Ｃの幅よりも短く、導波路層２２の幅方向の両側が、メサ２０－２Ｃのクラッド層２１，２３で覆われている。すなわち、メサ２０－２Ｃは、所謂埋め込みメサの構成を備えている。本実施形態によっても、ヒータ層３０が側壁３２，３３を有してヒータ層３０の断面積が増大することによる効果が得られる。
［第１１実施形態］
図１７は、第１１実施形態の光半導体装置１００Ｋの図４と同等位置での断面図である。
本実施形態では、導波路層２２は、メサ２０－２ＣからＺ方向の反対方向に離れたベース１０内に設けられている。すなわち、メサ２０－２Ｃは、所謂ローメサの構成を備えている。この場合、光は、メサ２０－２Ｃにより、導波路層２２のうちメサ２０－２Ｃ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。本実施形態によっても、ヒータ層３０が側壁３２，３３を有してヒータ層３０の断面積が増大することによる効果が得られる。
［第１２実施形態］
図１８は、第１２実施形態の光半導体装置１００Ｌの図６と同等位置での断面図である。図１８に示されるように、本実施形態では、ヒータ層３０の外側を覆う被覆層４１が設けられず、ヒータ層３０が露出している。このような構成においても、上記実施形態と同様に、区間３０－２２において、端縁３０ａは、メサ２０－１、区間３０－１、および分岐部Ｊの根元に近づくにつれて、側面２０ｂ２に近づいている。すなわち、区間３０－２２において、端縁３０ａは、区間３０－２１よりも側面２０ｂ２の近くに位置している。すなわち、メサ２０－２Ｃに設けられたヒータ層３０（区間３０－２１，３０－２２）において、メサ２０－１に近く当該メサ２０－１と隣接した端部としての区間３０－２２は、メサ２０－２Ｌから間隔をあけて設けられている。
本実施形態のように、被覆層４１を有さない光半導体装置１００Ｌにおいても、図７に示されたような張出部３０ｐによってメサ２０－２Ｌが損傷するという事態を、回避することができる。すなわち、被覆層４１が設けられていない構成においても、ヒータ層３０が設けられていることによって生じる不都合な事象を回避することができ、光半導体装置１００Ｌの信頼性を高めることができる。上記各実施形態による効果は、被覆層４１が設けられていない構成においても、同様に得られるものである。
［第１３実施形態］
図１９は、第１３実施形態の光学デバイスとしての波長可変レーザ装置１の概略構成図である。波長可変レーザ装置１は、リング共振器１１０と、ＳＧ－ＤＢＲ部１２０（ＳＧ－ＤＢＲ：sampled-grating distributed Bragg reflector）と、位相調整部１３０と、利得部１４０と、接続部１５０と、を備えている。波長可変レーザ装置１は、バーニア効果を利用した波長可変型のレーザ共振器を有し、波長を変更可能にレーザ光を出力する波長可変光源を構成している。
波長可変レーザ装置１は、例えば、半導体積層基板としてのベース１０の表面１０ａ上に設けられたメサ２０において、導波路層や活性層など（不図示）の所定の機能を持つように構成されている。
リング共振器１１０、ＳＧ－ＤＢＲ部１２０、位相調整部１３０、利得部１４０、および接続部１５０は、例えば、ＩｎＰ系半導体材料で作られる。
ＳＧ－ＤＢＲ部１２０は、分布型ブラッグ反射型のサンプルドグレーティング（ＳＧ－ＤＢＲ）の構成を含む導波路を有している。ＳＧ－ＤＢＲ部１２０は、レーザ共振器の一方の反射部を構成している。
利得部１４０は、活性層を有している。利得部１４０には、互いに離間した一対の電極（不図示）が設けられており、当該一対の電極に電圧を印加することにより、活性層に電流が流れ、光増幅効果が得られる。これにより、レーザ発振が生じる。
接続部１５０は、利得部１４０と光学的に接続された例えば１×２ＭＭＩカプラのような分岐部で分岐され、それぞれＺ方向の反対方向に見た平面視において折れ曲がった二つのメサ２０を備えている。各メサ２０の導波路層は、結合部Ｃにおいて、リング共振器１１０の長円状あるいは円環状のメサ２０の導波路層と、２×２ＭＭＩカプラ等によって、光学的に接続されている。
リング共振器１１０は、接続部１５０との組み合わせで、ＳＧ－ＤＢＲ部１２０とは周期が異なる櫛形のピークを有する反射スペクトル特性を有しており、レーザ共振器のもう一方の反射部を構成している。
活性層は、例えば、ＧａＩｎＡｓＰ系半導体材料、またはＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体材料からなる多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有している。受動型の導波路は、例えば、バンドギャップ波長が１３００ｎｍのｉ型ＧａＩｎＡｓＰ系半導体材料で作られる。ＳＧ－ＤＢＲ構成の導波路は、例えば、ＧａＩｎＡｓＰ系半導体材料、またはＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体材料によって作られ、屈折率が互いに異なる部分が、回折格子が形成されるように周期的に配置されている。
ＳＧ－ＤＢＲ部１２０、位相調整部１３０は、およびリング共振器１１０のメサ２０には、それぞれヒータ層３０（ただし、図１９には不図示）が設けられている。
ＳＧ－ＤＢＲ部１２０は、回折格子の周期の逆数に応じて周期的な周波数間隔のコム状の反射ピークを有する。ＳＧ－ＤＢＲ部１２０とリング共振器１１０とでは、その周期が異なり、バーニア型と呼ばれる方法によってレーザ光の周波数の粗調が可能な構成となっている。ヒータ層３０がＳＧ－ＤＢＲ部１２０を加熱することにより、当該ＳＧ－ＤＢＲ部１２０の屈折率が変化し、これにより、コム状の反射ピークが周波数軸方向にシフトする。同様に、ヒータ層３０がリング共振器１１０を加熱することにより、当該リング共振器１１０の屈折率が変化し、コム状の反射ピークが周波数軸方向にシフトする。
また、位相調整部１３０のヒータ層３０の加熱により、導波路層の屈折率を変更し、これにより、レーザ共振器の光学長を調整することができる。レーザ共振器の光学長を調整することにより、共振器モード（キャビティモード）の周波数を微調整しながら周波数軸方向にシフトすることができる。共振器モードの微調整によって、レーザ発振における共振器モードの選択が可能になるとともに、僅かな範囲での周波数の変化が可能となる。なお、位相調整部１３０は、本実施形態では、一例として、接続部１５０の一部に設けられているが、位相調整部１３０が設けられる位置は、接続部１５０には限定されない。
図１９から明らかとなるように、リング共振器１１０と接続部１５０のメサ２０とが結合部Ｃで光学的に接続されている部分のメサ２０には、例えば、上記第４実施形態の光半導体装置１００Ｄを適用することができる。この場合、リング共振器１１０にはヒータ層３０を適用し、位相調整部１３０にはヒータ層３０Ｅを適用することができる。また、この場合、結合部Ｃに対応したメサ２０－１は、２×２の多モード干渉導波路として構成することができる。なお、波長可変レーザ装置１には、光半導体装置１００Ｄに替えて、上述した他の実施形態の光半導体装置を組み込んでもよい。
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。
例えば、第二メサの形状は、上記実施形態には限定されないし、直線状に延びる第二メサにヒータ層が設けられてもよい。また、第二メサの数は、３以上であってもよい。
また、メサやヒータ層を覆う被覆層は、必須ではない。
１…波長可変レーザ装置
１０…ベース
１０ａ…表面
２０…メサ
２０－１…メサ（第一メサ）
２０－２Ｃ…メサ（第二メサ）
２０－２Ｌ…メサ（第二メサ）
２０－３Ｃ…メサ（第三メサ）
２０－３Ｌ…メサ（第三メサ）
２０ａ…頂面
２０ｂ…側面
２０ｂ１…側面（第一側面）
２０ｂ２…側面（第二側面）
２１…クラッド層
２２…導波路層
２３…クラッド層
３０…ヒータ層
３０－１…区間（第一ヒータ層）
３０－２…区間（第二ヒータ層）
３０－２１…区間（第二ヒータ層、第一部位、第三部位）
３０－２２…区間（第二ヒータ層、第二部位、第四部位）
３０－３…区間（第三ヒータ層）
３０ａ…端縁（第一端縁）
３０ｂ…端縁（第二端縁）
３０Ｅ…ヒータ層
３０ｐ…張出部
３１…頂壁
３２…側壁（第一側壁）
３３…側壁（第二側壁）
４０…被覆層
４１…被覆層
５０…配線層
１００Ａ～１００Ｌ，１００Ｒ…光半導体装置
１１０…リング共振器
１２０…ＳＧ－ＤＢＲ部
１３０…位相調整部
１４０…利得部
１５０…接続部
Ｃ…結合部
Ｊ…分岐部
Ｓ…スリット
Ｘ…方向（第二方向）
Ｙ…方向（第三方向）
Ｚ…方向（第一方向）

Claims (10)

  1. 第一方向と交差した表面を有したベースと、
    前記表面から第一方向に突出し、頂面と二つの側面とを有し、前記表面に沿って前記第一方向と交差した方向に延びたメサと、
    前記頂面に対して前記ベースとは反対側に位置した頂壁を有し、前記メサに沿って延びたヒータ層と、
    を備えた光半導体装置であって、
    前記メサは、前記第一方向と交差した第二方向に延びた第一メサと、当該第一メサから分岐し当該第一メサから前記第二方向に向かうにつれて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互いに離れるように延びた複数の第二メサと、を有し、
    前記第二メサは、前記第三方向に隣接した他の第二メサに近い第一側面と、当該隣接した他の第二メサから遠い第二側面と、を有し、
    前記ヒータ層は、少なくとも一つの前記第二メサにおいて前記第一メサから離れた位置から前記第一側面に沿って当該第一メサから離れるように延びた第一側壁を有し、
    前記ヒータ層は、前記第一メサに沿って延びた第一ヒータ層と、当該第一ヒータ層と繋がり前記第二メサに沿って延びた第二ヒータ層と、を有し、
    前記第二ヒータ層は、当該第二ヒータ層が設けられた前記第二メサの前記第一メサと隣接した端部において、隣接した別の第二メサまたは当該別の第二メサに設けられたヒータ層から間隔をあけて設けられ、
    前記第二ヒータ層は、前記第一方向の反対方向に見た場合に、前記第二側面よりも前記第一側面に近い幅方向の第一端縁と、前記第一側面よりも前記第二側面に近い幅方向の第二端縁と、を有するとともに、前記第一端縁が前記第一メサに近づくにつれて前記第二側面に近づく、光半導体装置。
  2. 前記第二ヒータ層は、前記第一方向の反対方向に見た場合に、前記第二側面よりも前記第一側面に近い幅方向の第一端縁と、前記第一側面よりも前記第二側面に近い幅方向の第二端縁と、前記第一メサから離れた第三部位と、当該第三部位と前記第一メサとの間に位置するとともに前記第三部位と比べて前記第一端縁が前記第二側面に近い側に位置した第四部位と、
    を有した、請求項１に記載の光半導体装置。
  3. 前記ヒータ層を覆う被覆層を備えた、請求項１または２に記載の光半導体装置。
  4. 前記第一側壁は、当該第一側壁が設けられた前記第二メサと隣接した別の第二メサまたは当該別の第二メサに設けられたヒータ層から離間した、請求項１～３のうちいずれか一つに記載の光半導体装置。
  5. 前記ヒータ層は、前記第二メサにおいて、前記第一メサから離れて前記第一側壁を有した第一部位と、当該第一部位よりも前記第一メサの近くで前記第一側壁を有さない第二部位と、を有した、請求項１～４のうちいずれか一つに記載の光半導体装置。
  6. 前記ヒータ層は、前記第一側面とは反対側の第二側面に沿って延びた第二側壁を有した、請求項１～５のうちいずれか一つに記載の光半導体装置。
  7. 前記複数の第二メサのうちの一つは、前記第一方向の反対方向に見た場合に湾曲しており、周状のメサの一部を構成した、請求項１～６のうちいずれか一つに記載の光半導体装置。
  8. 前記周状のメサは、リング共振器を構成した、請求項７に記載の光半導体装置。
  9. 前記複数の第二メサのうちの一つは、前記第一方向の反対方向に見た場合に、少なくとも前記第一メサと隣接した部位において、直線状に延びた、請求項１～８のうちいずれか一つに記載の光半導体装置。
  10. 前記第一メサは、多モード干渉導波路を構成した、請求項１～９のうちいずれか一つに記載の光半導体装置。
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