JP2013243169A - Semiconductor photonic device and optical module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体光素子及び光モジュールに関する。 The present invention relates to a semiconductor optical device and an optical module.
半導体光素子に電流を注入して光を出力させると、半導体光素子の発光部位からの発熱による温度上昇によって光出力が不安定になることがある。そこで、下記の特許文献1に記載の発明では、化学的及び熱的に安定な膜を出射端面に用いることで、出射端面の劣化を抑制して半導体光素子を安定動作させる技術を提案している。
When light is output by injecting a current into the semiconductor optical device, the light output may become unstable due to a temperature rise due to heat generation from the light emitting portion of the semiconductor optical device. Therefore, the invention described in
しかしながら、特許文献1の半導体光素子では出射端面付近の放熱性を向上することができるものの、共振器の中央付近では放熱性を向上させることができない。現に半導体光素子において、放熱時の熱流路を計算すると、共振器中央付近の発熱が大きく、そして共振器中央付近からの発熱が等方的に拡散していることが判る。したがって、半導体光素子を広い温度範囲においても安定的に動作させるためには、共振器中央付近の発熱を効果的に放熱させることが重要となる。
However, although the semiconductor optical device of
本発明は、上述した課題を解決するために為されたものであり、その目的は、半導体光素子の内部の発熱を外部へ効果的に放熱することができる半導体光素子及び光モジュールを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a semiconductor optical device and an optical module that can effectively dissipate heat generated inside the semiconductor optical device to the outside. There is.
上記目的を達成するために、本発明に係る半導体光素子は、半導体基板と、前記半導体基板の上方に積層されたクラッド層及び活性層を含む半導体積層部の少なくとも一部により構成される光導波路と、少なくとも前記光導波路の下方であって前記半導体基板の内部に形成した溝に埋め込まれた、前記半導体基板を形成する材料よりも熱伝導性が高い材料により形成した熱伝導部と、を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a semiconductor optical device according to the present invention includes an optical waveguide comprising a semiconductor substrate and at least a part of a semiconductor laminated portion including a clad layer and an active layer laminated above the semiconductor substrate. And a heat conduction portion formed of a material having a higher thermal conductivity than a material forming the semiconductor substrate, embedded in a groove formed at least under the optical waveguide and inside the semiconductor substrate. It is characterized by that.
また、本発明の一態様では、前記半導体光素子が、前記半導体基板の上面に設けられたエッチング停止層をさらに有し、前記半導体基板の内部に形成した溝は、前記半導体基板の下面から前記エッチング停止層までのエッチングにより形成されることとしてもよい。 In one embodiment of the present invention, the semiconductor optical device further includes an etching stop layer provided on an upper surface of the semiconductor substrate, and the groove formed in the semiconductor substrate is formed from the lower surface of the semiconductor substrate. It may be formed by etching up to the etching stop layer.
また、本発明の一態様では、前記半導体光素子が、n電極をさらに有し、前記熱伝導部の上面は前記エッチング停止層と接し、前記熱伝導部の下面は前記n電極と接することとしてもよい。 In one embodiment of the present invention, the semiconductor optical device further includes an n-electrode, the upper surface of the heat conducting unit is in contact with the etching stop layer, and the lower surface of the heat conducting unit is in contact with the n electrode. Also good.
また、本発明の一態様では、前記半導体光素子が、前記溝の側面及び前記エッチング停止層に接するように形成されたn電極をさらに有し、前記溝の側面は垂直となるように形成され、前記熱伝導部は、前記n電極が形成された後に、前記溝の内部に埋め込まれることとしてもよい。 In one embodiment of the present invention, the semiconductor optical device further includes an n-electrode formed so as to be in contact with the side surface of the groove and the etching stopper layer, and the side surface of the groove is formed to be vertical. The heat conduction part may be embedded in the groove after the n-electrode is formed.
また、本発明の一態様では、前記熱伝導部は、アルミニウム、窒素、シリコン、炭素、酸素、亜鉛、チタニウム、ニオブのいずれかを含む化合物、金、銀、銅、プラチナ、チタニウム、クロム、モリブデン、タングステン、ニッケルの金属のうちいずれか又はこれらの組み合わせからなる材料を用いて形成されることとしてもよい。 In one embodiment of the present invention, the heat conducting unit is a compound containing any of aluminum, nitrogen, silicon, carbon, oxygen, zinc, titanium, and niobium, gold, silver, copper, platinum, titanium, chromium, and molybdenum. , Tungsten, nickel, or a combination of these materials may be used.
また、本発明の一態様では、前記熱伝導部と前記活性層との間隔が20μm以下であることとしてもよい。 In one embodiment of the present invention, a distance between the heat conducting unit and the active layer may be 20 μm or less.
また、本発明の一態様では、前記半導体光素子が、p電極と、前記p電極の下面に設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜と前記半導体積層部との間に、絶縁性材料であって、前記半導体積層部を形成する材料よりも熱伝導性が高い材料により形成した絶縁性熱伝導部と、をさらに有することとしてもよい。 In one embodiment of the present invention, the semiconductor optical element is made of an insulating material between a p-electrode, an insulating film provided on a lower surface of the p-electrode, and the insulating film and the semiconductor stacked portion. It is also possible to further include an insulating heat conductive portion formed of a material having a higher thermal conductivity than the material forming the semiconductor stacked portion.
本発明に係る半導体光素子は、半導体基板と、前記半導体基板の上方に積層されたクラッド層及び活性層を含む半導体積層部の少なくとも一部により構成される光導波路と、p電極と、前記p電極の下面に設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜と前記半導体積層部との間に、絶縁性材料であって、前記半導体積層部を形成する材料よりも熱伝導性が高い材料により形成した絶縁性熱伝導部と、を有することを特徴とする。 The semiconductor optical device according to the present invention includes a semiconductor substrate, an optical waveguide constituted by at least a part of a semiconductor stacked portion including a clad layer and an active layer stacked above the semiconductor substrate, a p-electrode, and the p-electrode An insulating film provided on the lower surface of the electrode, and an insulating material between the insulating film and the semiconductor stacked portion, and a material having higher thermal conductivity than the material forming the semiconductor stacked portion And an insulating heat conducting part.
また、本発明の一態様では、前記絶縁性熱伝導部の少なくとも一部は、前記活性層を低容量化するために形成された活性層分離溝の中に埋め込まれることとしてもよい。 In one embodiment of the present invention, at least a part of the insulating heat conducting portion may be embedded in an active layer isolation trench formed to reduce the capacity of the active layer.
また、本発明の一態様では、前記半導体光素子が、前記絶縁性熱伝導部の上面の少なくとも一部に設けられた、電気的に絶縁された放熱電極と、前記半導体基板を支持する支持部と、前記支持部上に設けられた電極と前記放熱電極とを接続するワイヤと、をさらに有することとしてもよい。 In one aspect of the present invention, the semiconductor optical device includes an electrically insulated heat dissipation electrode provided on at least a part of the upper surface of the insulating heat conducting portion, and a support portion that supports the semiconductor substrate. And a wire connecting the electrode provided on the support portion and the heat dissipation electrode.
また、本発明の一態様では、前記絶縁性熱伝導部は、アルミニウム、窒素、シリコン、炭素、酸素、亜鉛、チタニウム、ニオブのいずれかを含む化合物のうちいずれか又はこれらの組み合わせからなる材料を用いて形成されることとしてもよい。 In one embodiment of the present invention, the insulating heat conducting part is made of a material made of any one or a combination of compounds containing any of aluminum, nitrogen, silicon, carbon, oxygen, zinc, titanium, and niobium. It may be formed by using.
本発明に係る光モジュールは、前記半導体光素子を備えたことを特徴とする。 An optical module according to the present invention includes the semiconductor optical device.
本発明によれば、半導体光素子の内部の発熱を外部に逃がす熱流路を設けることで、半導体光素子の内部の発熱を外部へ効果的に放熱することができる。これにより、半導体光素子を広い温度範囲で安定的に動作させることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the heat flow inside a semiconductor optical element can be effectively thermally radiated outside by providing the heat flow path which escapes the heat generation inside a semiconductor optical element outside. Thereby, the semiconductor optical device can be stably operated in a wide temperature range.
以下、本発明を実施するための実施の形態(以下、実施形態という)を、図面に従って説明する。なお、本発明の実施形態を説明した各図において同一の符号が付された部材は同一又は同一機能を有する部材であることを示しており、説明の簡便のため繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings. In addition, in each figure explaining embodiment of this invention, it has shown that the member to which the same code | symbol was attached | subjected is the member which has the same or the same function, and repeated description is abbreviate | omitted for the simplicity of description.
[第1の実施形態]
まず、図1〜図10を参照しながら、本発明の第1の実施形態に係る半導体光素子について説明する。ここで、図1は、第1の実施形態に係る半導体光素子の断面図であり、図2は、第1の実施形態に係る半導体光素子の平面図である。そして図3〜図10は、第1の実施形態に係る半導体光素子の製造工程を説明する図である。
[First Embodiment]
First, a semiconductor optical device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 1 is a cross-sectional view of the semiconductor optical device according to the first embodiment, and FIG. 2 is a plan view of the semiconductor optical device according to the first embodiment. 3 to 10 are views for explaining a manufacturing process of the semiconductor optical device according to the first embodiment.
なお、第1の実施形態に係る半導体光素子は、本発明をリッジ導波路型半導体光素子に適用したものであり、リッジ導波路型半導体光素子の発振波長を1.3μm程度とした場合の構成例を示している。以下、第1の実施形態に係る半導体光素子の構成の詳細について説明する。 The semiconductor optical device according to the first embodiment is the one in which the present invention is applied to a ridge waveguide type semiconductor optical device, and the oscillation wavelength of the ridge waveguide type semiconductor optical device is about 1.3 μm. A configuration example is shown. Details of the configuration of the semiconductor optical device according to the first embodiment will be described below.
まず、図1及び図2における各符号について説明する。図1及び図2において、1はn型InP(インジウムリン)からなる半導体基板であり、2はn型InGaAsPからなるエッチング停止層、3はn型InPからなるバッファ層、4はn型InPからなるクラッド層、5はn型InAlAs(インジウムアルミニウムヒ素)層、6はInGaAlAs(インジウムガリウムアルミニウムヒ素)井戸層とInGaAlAs障壁層からなるInGaAlAs系歪多重量子井戸構造活性層、7はp型InAlAs層、8はp型InPからなるクラッド層、10はp型InGaAs(インジウムガリウムヒ素)からなるコンタクト層である。なお、クラッド層8とコンタクト層10との間には、膜厚30nmのp型InGaAsP(インジウムガリウムヒ素リン)からなるヘテロ障壁低減層を設けてもよい。
First, reference numerals in FIGS. 1 and 2 will be described. 1 and 2, 1 is a semiconductor substrate made of n-type InP (indium phosphide), 2 is an etching stop layer made of n-type InGaAsP, 3 is a buffer layer made of n-type InP, and 4 is made of n-type InP. The
図1及び図2において、13はAlN膜、14は酸化シリコン膜、15はp電極、16はパッド電極、17は素子上部側に設けられた放熱電極、18はAlN膜、19はn電極、20はサブマウント側に設けられた放熱電極、21は放熱電極17と放熱電極20とを接続するワイヤ、22はハンダ、23はサブマウント電極、24はサブマウントである。
1 and 2, 13 is an AlN film, 14 is a silicon oxide film, 15 is a p-electrode, 16 is a pad electrode, 17 is a heat dissipation electrode provided on the element upper side, 18 is an AlN film, 19 is an n-electrode, 20 is a heat dissipation electrode provided on the submount side, 21 is a wire connecting the
第1の実施形態に係る半導体光素子では、少なくとも半導体基板1の内部であって光導波路の下方部分に、半導体基板1を構成する材料よりも熱伝導性が高い材料から構成される熱伝導部であるAlN埋込部18が設けられている。ここで、AlN埋込部18の上面はエッチング停止層2に接しており、AlN埋込部18の下面はn電極19に接するように構成されている。こうして、活性層6からの発熱をAlN埋込部18、n電極19、ハンダ22、サブマウント電極23を介してサブマウント24に流すような熱流路を形成している。
In the semiconductor optical device according to the first embodiment, at least inside the
また、第1の実施形態に係る半導体光素子では、静電容量低減のための容量低減溝を埋めるように絶縁性があり且つ熱伝導性が高い材料から構成される絶縁型熱伝導層であるAlN膜13が形成されている。例えば、絶縁型熱伝導層の熱伝導性は、半導体基板、活性層、クラッド層を構成する材料よりも熱伝導性が高いこととしてよい。ここで図2に示されるように、AlN膜13はAlN膜13よりも上部に配置される酸化シリコン膜14、p電極15、パッド電極16、放熱電極17の少なくとも下方の面をカバーする大きさで形成されている。そして、AlN膜13の上面に接するように放熱電極17を設け、活性層6からの発熱をAlN膜13、放熱電極17、ワイヤ21、放熱電極20を介してサブマウント24に流すような熱流路を形成している。
In addition, the semiconductor optical device according to the first embodiment is an insulating heat conductive layer made of a material having an insulating property and a high thermal conductivity so as to fill the capacitance reducing groove for reducing the capacitance. An
[第1の実施形態に係る半導体光素子の製造工程]
次に、第1の実施形態に係る半導体光素子の製造工程の一例について図3〜図10を参照しながら説明する。
[Manufacturing Process of Semiconductor Optical Device According to First Embodiment]
Next, an example of a manufacturing process of the semiconductor optical device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
まず、図3に示すように、n型InP(インジウムリン)からなる半導体基板1を用意し、周知の有機金属気相成長法を用いて、その上部に膜厚50nmのn型InGaAsPからなるエッチング停止層2、膜厚5000nmのn型InPからなるバッファ層3、膜厚500nmのn型InPからなるクラッド層4、膜厚30nmのn型InAlAs(インジウムアルミニウムヒ素)層5、膜厚5nmのInGaAlAs(インジウムガリウムアルミニウムヒ素)井戸層と膜厚8nmのInGaAlAs障壁層からなるInGaAlAs系歪多重量子井戸構造活性層6、膜厚30nmのp型InAlAs層7、膜厚1600nmのp型InPからなるクラッド層8、膜厚200nmのp型InGaAs(インジウムガリウムヒ素)からなるコンタクト層10を順次成長させる。ここで、クラッド層8とコンタクト層10の間には、膜厚30nmのp型InGaAsP(インジウムガリウムヒ素リン)からなるヘテロ障壁低減層を設けてもよい。
First, as shown in FIG. 3, a
その後、図4に示すように、歪多重量子井戸構造活性層6までのエッチングと、有機金属気相成長法を用いて、光ガイド領域11を形成する。なお、図4は、製造工程における半導体光素子の上面図である。
Thereafter, as shown in FIG. 4, the
なお、第1の実施形態においては、歪多重量子井戸構造活性層6にInGaAlAs系材料を使用したが、InGaAsP系材料を使用しても構わない。
In the first embodiment, the InGaAlAs-based material is used for the strained multiple quantum well structure
次に、図5に示すように、周知のフォトリソグラフィ技術(フォトレジスト膜をマスクにしたエッチング技術)を用いてInGaAsからなるコンタクト層10の底部をp型InPからなるクラッド層8の中途部までエッチングする。これにより中央部に、1.5μmの幅を有するリッジ状のp型InPからなるリッジ導波路12が形成される。
Next, as shown in FIG. 5, the bottom of the
次に、図6に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて静電容量低減のための容量低減溝(活性層分離溝)を形成し、この溝を埋めるように膜厚200nmのAlN膜13を堆積する。
Next, as shown in FIG. 6, a capacitance reduction groove (active layer separation groove) for reducing electrostatic capacity is formed by using a photolithography technique, and an
ここで図7に示すとおり、製造工程における半導体光素子を上面から見た場合に、AlN膜13は光ガイド領域11の上面を覆うように配置する。その後、CVD法で膜厚300nmの酸化シリコン膜14を堆積した後、フォトレジスト膜をマスクにしたドライエッチングにより、リッジ導波路12の上面の一部に設けられた酸化シリコン膜14を除去し、リッジ導波路12の上面の一部を露出させる。
Here, as shown in FIG. 7, the
次に、図8に示すように、リッジ導波路12に電気的に接続されるp電極15、及びワイヤボンディングのためのパッド電極16を形成し、同時にAlN膜13の上面の一部に放熱のための放熱電極17を形成する。この際p電極15及びパッド電極16と、放熱のための放熱電極17とは、電気的に絶縁される。
Next, as shown in FIG. 8, a p-
次に、図9に示すように、半導体基板1を研磨した後、フォトリソグラフィ技術を用いて半導体基板1にエッチングを行い放熱のための溝を形成する。エッチングは時間とともに進行し溝が深くなっていくが、エッチング選択比の異なるエッチング停止層2によって、溝の深さは制御される。
Next, as shown in FIG. 9, after the
次に、図10に示すように、半導体基板1に形成された溝にAlN埋込部18を堆積した後に、n電極19を形成する。
Next, as shown in FIG. 10, after depositing an AlN buried
その後、半導体基板1を共振器長200umのバー状に劈開し、この共振器端面に多層反射膜を形成した後、幅400μmの半導体光素子にチップ化しすることにより、図1及び図2に示すような発振波長1.3μm帯のリッジ導波路型半導体光素子が完成する。なお、サブマウント24にマウントした際に、放熱電極17とサブマウント側の放熱電極20をAuワイヤ21で接続し、放熱性を高めている。
Thereafter, the
以上の第1の実施形態に係る半導体光素子に電流注入を行った結果、素子温度100℃において、しきい値電流15mAで連続レーザ発振し、波長1315nmに発振スペクトルが観測された。DC電流を印加したとき、I−Lカーブの自己発熱による光出力飽和電流値は115mAを達成し、100℃まで十分なI−L直線性が得られた。更に放熱性の向上により、特性の温度依存性が小さくなっており、−20℃と100℃間におけるスロープ効率の温度依存性は、2.0dBと非常に小さな値を達成した。 As a result of current injection to the semiconductor optical device according to the first embodiment, continuous laser oscillation was performed at a threshold current of 15 mA at an element temperature of 100 ° C., and an oscillation spectrum was observed at a wavelength of 1315 nm. When DC current was applied, the light output saturation current value due to self-heating of the IL curve achieved 115 mA, and sufficient IL linearity was obtained up to 100 ° C. Furthermore, due to the improvement in heat dissipation, the temperature dependency of the characteristics has been reduced, and the temperature dependency of the slope efficiency between −20 ° C. and 100 ° C. has achieved a very small value of 2.0 dB.
[第2の実施形態]
次に、本発明の第2の実施形態に係る半導体光素子について図11〜図13を参照しながら説明する。第2の実施形態に係る半導体光素子は、第1の実施形態に係る半導体光素子とは、半導体基板1の内部に設けられる熱伝導層の形状及びn電極19の構成が異なっている。以下、第2の実施形態に係る半導体光素子の構成について、その製造工程とともに説明する。
[Second Embodiment]
Next, a semiconductor optical device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The semiconductor optical device according to the second embodiment is different from the semiconductor optical device according to the first embodiment in the shape of the heat conduction layer provided in the
ここで、第2の実施形態に係る半導体光素子の製造工程は、第1の実施形態に係る半導体光素子の製造工程のうち、図3〜図8で説明した工程までは同じであるため説明を省略する。以下、第1の実施形態に係る半導体光素子と異なる点について、図11〜図13を参照しながら説明する。 Here, the manufacturing process of the semiconductor optical device according to the second embodiment is the same as the manufacturing process of the semiconductor optical device according to the first embodiment up to the steps described with reference to FIGS. Is omitted. Differences from the semiconductor optical device according to the first embodiment will be described below with reference to FIGS.
次に、図11に示すように、図8までの工程を終えた半導体基板1を研磨した後、フォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術を用いてエッチッグ側面が垂直となるような溝を形成する。ドライエッチングによる溝形成は、エッチングレートに準じて時間制御を行い、エッチング停止層2までの厚さが20nmとなるようにする。その後ウェットエッチングにてエッチング停止層2までエッチングを行う。
Next, as shown in FIG. 11, after polishing the
次に、図12に示すように、半導体基板1に形成された溝の面に沿ってn電極19を形成し、残った溝の空間には半導体光素子の応力集中を低減し、半導体基板1を構成する材料よりも熱伝導性の高い材料であるAlNを用いてAlN埋込部25を堆積する。このAlN埋込部25はInPと同程度の熱膨張係数を持つため応力集中の低減の効果がある上に、熱伝導度が高いため放熱効果の役割も果たす。また、熱膨張係数がInPに近く、InPよりも熱伝導性の高い材料であれば、AlN以外の材料を用いても構わない。
Next, as shown in FIG. 12, the n-
その後、半導体基板1を共振器長200umのバー状に劈開し、この共振器端面に多層反射膜を形成した後、幅400μmの半導体光素子にチップ化しすることにより、図13に示すような発振波長1.3μm帯のリッジ導波路型半導体光素子が完成する。尚、サブマウント24にマウントした際に、放熱電極17とサブマウント側の放熱電極20をAuワイヤ21で接続し、放熱性を高めている。
Thereafter, the
上記半導体光素子に電流注入を行った結果、素子温度100℃において、しきい値電流14mAで連続レーザ発振し、波長1315nmに発振スペクトルが観測された。DC電流を印加したとき、I−Lカーブの自己発熱による光出力飽和電流値は120mAを達成し、100℃まで十分なI−L直線性が得られた。更に放熱性の向上により、特性の温度依存性が小さくなっており、−20℃と100℃間におけるスロープ効率の温度依存性は、1.9dBと非常に小さな値を達成した。 As a result of current injection into the semiconductor optical device, continuous laser oscillation was observed at a threshold current of 14 mA at an element temperature of 100 ° C., and an oscillation spectrum was observed at a wavelength of 1315 nm. When DC current was applied, the light output saturation current value due to self-heating of the IL curve achieved 120 mA, and sufficient IL linearity was obtained up to 100 ° C. Furthermore, due to the improvement in heat dissipation, the temperature dependency of the characteristics has been reduced, and the temperature dependency of the slope efficiency between −20 ° C. and 100 ° C. has achieved a very small value of 1.9 dB.
[第3の実施形態]
上記の第1及び第2の実施形態では、本発明をリッジ導波路型半導体光素子に適用した例を説明したが、本発明は埋め込み導波路型半導体光素子に対しても同様に適用することができる。そこで、以下には第3の実施形態として、本発明を埋め込み導波路型半導体光素子に適用した例について説明する。
[Third Embodiment]
In the above first and second embodiments, the example in which the present invention is applied to a ridge waveguide type semiconductor optical device has been described. However, the present invention is similarly applied to a buried waveguide type semiconductor optical device. Can do. Therefore, an example in which the present invention is applied to a buried waveguide type semiconductor optical device will be described below as a third embodiment.
図14には、第3の実施形態に係る半導体光素子の断面図を示した。図14に示される半導体光素子では、半導体基板1の内部に設けられた、半導体基板の材料であるInPよりも熱伝導性が高い材料(ここではAlN)から構成される熱伝導体であるAlN埋込部18を第1の実施形態と同じ態様で構成したが、第2の実施形態と同じ態様で構成することとしても構わない。
FIG. 14 shows a cross-sectional view of a semiconductor optical device according to the third embodiment. In the semiconductor optical device shown in FIG. 14, AlN, which is a thermal conductor made of a material (in this case, AlN) having a higher thermal conductivity than InP, which is a material of the semiconductor substrate, provided inside the
第3の実施形態に係る半導体光素子においても、クラッド層の両脇の埋込層の上部に、絶縁性があり且つ熱伝導性が高い材料から構成される絶縁型熱伝導層であるAlN膜13が形成されている。ここで図14に示されるように、AlN膜13の上面に接するように放熱電極17を設け、活性層6からの発熱をAlN膜13、放熱電極17、ワイヤ21、放熱電極20を介してサブマウント24に流すような熱流路を形成している。
Also in the semiconductor optical device according to the third embodiment, an AlN film which is an insulating heat conductive layer made of a material having an insulating property and a high heat conductivity is formed on the buried layers on both sides of the cladding layer. 13 is formed. Here, as shown in FIG. 14, a
[変形例]
また、上記の実施形態では、酸化シリコン膜14とp電極15とは反対側の面で接する絶縁型熱伝導層(例えばAlN膜13)の材料にAlNを用いた例を説明したが、AlNに代えてアルミニウム、窒素、シリコン、炭素、酸素、亜鉛、チタニウム、ニオブのいずれかを含む化合物等を用いてもよい。
[Modification]
In the above embodiment, the example in which AlN is used as the material of the insulating thermal conductive layer (for example, the AlN film 13) that is in contact with the surface opposite to the
また、上記の実施形態では、半導体基板1の内部に設けられた熱伝導部(例えばAlN埋込部18)の材料にAlNを用いた例を説明したが、AlNに代えてアルミニウム、窒素、シリコン、炭素、酸素、亜鉛、チタニウム、ニオブのいずれかを含む化合物、金、銀、銅、プラチナ、チタニウム、クロム、モリブデン、タングステン、ニッケル等の金属のうちいずれか又はこれらの組み合わせを用いてもよい。
In the above embodiment, the example in which AlN is used as the material of the heat conduction portion (for example, the AlN embedded portion 18) provided in the
上記の実施形態では、本発明をリッジ導波路型半導体光素子や埋め込み導波路型半導体光素子に適用した例について説明したが、本発明を、回折格子を形成した分布帰還型レーザ(DFBレーザ)等の光素子に適用してもよいのはもちろんである。 In the above embodiment, the example in which the present invention is applied to a ridge waveguide type semiconductor optical device or a buried waveguide type semiconductor optical device has been described. However, the present invention is applied to a distributed feedback laser (DFB laser) in which a diffraction grating is formed. Of course, the present invention may be applied to optical elements such as the above.
[光モジュールへの適用例]
本発明の実施形態に係る半導体光素子100(100A〜Cのいずれか、又は他の実施形態としてもよい)を、光モジュールMに搭載した実施例を図15に示す。図15に示されるように、光モジュールMは、半導体光素子100、半導体光素子100からの後方出射光を受光するフォトダイオード101、半導体光素子100の温度を計測するサーミスタ102、ドライバIC103、ドライバIC103にデータ入力する信号線104、ドライバIC103に駆動電力を供給する電力線106を備える。半導体光素子100からの前方出射光が光出力105となる。なお、この光モジュールMは、光学的動特性を評価した結果、緩和振動周波数26GHzを得た。
[Example of application to optical modules]
An example in which the semiconductor
もちろん、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、この分野の通常の知識を有する当業者によって多様な変更、変形又は置換が可能であることはいうまでもない。 Of course, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that various changes, modifications, and substitutions can be made by those skilled in the art having ordinary knowledge in this field.
1 半導体基板、2 エッチング停止層、3 バッファ層、4 クラッド層、5 n型InAlAs層、6 歪多重量子井戸構造活性層、7 p型InAlAs層、8 クラッド層、10 コンタクト層、11 光ガイド領域、12 リッジ導波路、13 AlN膜、14 酸化シリコン膜、15 p電極、16 パッド電極、17 放熱電極、18 AlN埋込部、19 n電極、20 放熱電極、21 ワイヤ、22 ハンダ、23 サブマウント電極、24 サブマウント、25 AlN埋込部、M 光モジュール、100(100A,100B,100C) 半導体光素子、101 フォトダイオード、102 サーミスタ、103 ドライバIC、104 信号線、105 光出力、106 電力線。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記半導体基板の上方に積層されたクラッド層及び活性層を含む半導体積層部の少なくとも一部により構成される光導波路と、
少なくとも前記光導波路の下方であって前記半導体基板の内部に形成した溝に埋め込まれた、前記半導体基板を形成する材料よりも熱伝導性が高い材料により形成した熱伝導部と、を有する
ことを特徴とする半導体光素子。 A semiconductor substrate;
An optical waveguide constituted by at least a part of a semiconductor laminate including a clad layer and an active layer laminated above the semiconductor substrate;
A heat conduction part formed of a material having a higher thermal conductivity than a material forming the semiconductor substrate, embedded in a groove formed at least under the optical waveguide and inside the semiconductor substrate. A semiconductor optical device.
前記半導体基板の上面に設けられたエッチング停止層をさらに有し、
前記半導体基板の内部に形成した溝は、前記半導体基板の下面から前記エッチング停止層までのエッチングにより形成される
ことを特徴とする半導体光素子。 The semiconductor optical device according to claim 1,
An etching stop layer provided on the upper surface of the semiconductor substrate;
The groove formed in the semiconductor substrate is formed by etching from the lower surface of the semiconductor substrate to the etching stop layer.
n電極をさらに有し、
前記熱伝導部の上面は前記エッチング停止層と接し、前記熱伝導部の下面は前記n電極と接する
ことを特徴とする半導体光素子。 The semiconductor optical device according to claim 1, wherein
an n-electrode;
An upper surface of the heat conducting portion is in contact with the etching stop layer, and a lower surface of the heat conducting portion is in contact with the n electrode.
前記溝の側面及び前記エッチング停止層に接するように形成されたn電極をさらに有し、
前記溝の側面は垂直となるように形成され、
前記熱伝導部は、前記n電極が形成された後に、前記溝の内部に埋め込まれる
ことを特徴とする半導体光素子。 The semiconductor optical device according to claim 1, wherein
An n-electrode formed to be in contact with a side surface of the groove and the etching stopper layer;
The side surface of the groove is formed to be vertical,
The heat conducting part is embedded in the groove after the n electrode is formed. A semiconductor optical device, wherein:
前記熱伝導部は、アルミニウム、窒素、シリコン、炭素、酸素、亜鉛、チタニウム、ニオブのいずれかを含む化合物、金、銀、銅、プラチナ、チタニウム、クロム、モリブデン、タングステン、ニッケルの金属のうちいずれか又はこれらの組み合わせからなる材料を用いて形成される
ことを特徴とする半導体光素子。 A semiconductor optical device according to claim 1,
The heat conducting part is a compound containing any of aluminum, nitrogen, silicon, carbon, oxygen, zinc, titanium, niobium, gold, silver, copper, platinum, titanium, chromium, molybdenum, tungsten, and nickel. Or a combination of these materials. A semiconductor optical device, wherein:
前記熱伝導部と前記活性層との間隔が20μm以下である
ことを特徴とする半導体光素子。 A semiconductor optical device according to any one of claims 1 to 5,
A semiconductor optical device, wherein a distance between the heat conducting portion and the active layer is 20 μm or less.
p電極と、
前記p電極の下面に設けられた絶縁膜と、
前記絶縁膜と前記半導体積層部との間に、絶縁性材料であって、前記半導体積層部を形成する材料よりも熱伝導性が高い材料により形成した絶縁性熱伝導部と、をさらに有する
ことを特徴とする半導体光素子。 The semiconductor optical device according to claim 1,
a p-electrode;
An insulating film provided on the lower surface of the p-electrode;
An insulating heat conducting portion formed of a material that is an insulating material and has a higher thermal conductivity than a material that forms the semiconductor laminated portion, between the insulating film and the semiconductor laminated portion; A semiconductor optical device.
前記半導体基板の上方に積層されたクラッド層及び活性層を含む半導体積層部の少なくとも一部により構成される光導波路と、
p電極と、
前記p電極の下面に設けられた絶縁膜と、
前記絶縁膜と前記半導体積層部との間に、絶縁性材料であって、前記半導体積層部を形成する材料よりも熱伝導性が高い材料により形成した絶縁性熱伝導部と、を有する
ことを特徴とする半導体光素子。 A semiconductor substrate;
An optical waveguide constituted by at least a part of a semiconductor laminate including a clad layer and an active layer laminated above the semiconductor substrate;
a p-electrode;
An insulating film provided on the lower surface of the p-electrode;
Between the insulating film and the semiconductor stacked portion, an insulating heat conductive portion formed of a material that is an insulating material and has a higher thermal conductivity than a material that forms the semiconductor stacked portion. A semiconductor optical device.
前記絶縁性熱伝導部の少なくとも一部は、前記活性層を低容量化するために形成された活性層分離溝の中に埋め込まれる
ことを特徴とする半導体光素子。 The semiconductor optical device according to claim 7 or 8, wherein
At least a part of the insulating heat conducting portion is embedded in an active layer isolation trench formed to reduce the capacity of the active layer. A semiconductor optical device, wherein:
前記絶縁性熱伝導部の上面の少なくとも一部に設けられた、電気的に絶縁された放熱電極と、
前記半導体基板を支持する支持部と、
前記支持部上に設けられた電極と前記放熱電極とを接続するワイヤと、をさらに有する
ことを特徴とする半導体光素子。 A semiconductor optical device according to any one of claims 7 to 9,
An electrically insulated heat dissipating electrode provided on at least a part of the upper surface of the insulating heat conducting portion;
A support for supporting the semiconductor substrate;
The semiconductor optical device, further comprising: an electrode provided on the support portion and a wire connecting the heat dissipation electrode.
前記絶縁性熱伝導部は、アルミニウム、窒素、シリコン、炭素、酸素、亜鉛、チタニウム、ニオブのいずれかを含む化合物のうちいずれか又はこれらの組み合わせからなる材料を用いて形成される
ことを特徴とする半導体光素子。 A semiconductor optical device according to any one of claims 7 to 10,
The insulating heat conducting part is formed using a material made of any one of a compound containing aluminum, nitrogen, silicon, carbon, oxygen, zinc, titanium, or niobium, or a combination thereof. Semiconductor optical device.
An optical module comprising the semiconductor optical device according to claim 1.
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