JP2023086642A - Semiconductor light element - Google Patents

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Masaru Onkawa
崇之 中島
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Abstract

To diffuse stress generated in a semiconductor multilayer.SOLUTION: An uppermost layer 24 contains Au. A lowermost layer 26 is formed of a material with an adhesion to a semiconductor multilayer 16 higher than that of Au. A multistep structure includes three or more sections S that overlap with an optical waveguide 18, are adjacent in a direction where the optical waveguide 18 extends, and have different thicknesses. An adjacent pair among the three or more sections S includes one with a small thickness that is close to an end surface of the semiconductor multilayer 16, and the other with a large thickness that is apart from the end surface of the semiconductor multilayer 16. The three or more sections S include a first section S1 with the minimum thickness including at least the lowermost layer 26, a second section S2 adjacent to the first section S1 including at least a stress relief layer 30 formed of a material with a Young's modulus less than or equal to that of Au in addition to the lowermost layer 26, and a third section S3 with the maximum thickness including all the layers from the uppermost layer 24 to the lowermost layer 26.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本開示は、半導体光素子に関する。 The present disclosure relates to semiconductor optical devices.

半導体光素子の電極には、複数の金属の積層構造が適用されている。例えば、半導体多層から近い順にTi層、Pt層およびAu層の3層構造の電極構造が知られている(特許文献1)。最下層は半導体多層と電極との間のオーミック接触を形成することを目的とし、最上層は外部との電気的・熱的な導通や、はんだ材料と電極との混合を目的とし、中間層ははんだ材料と半導体多層の混合防止を目的としている。 A laminated structure of a plurality of metals is applied to the electrodes of semiconductor optical devices. For example, an electrode structure having a three-layer structure of a Ti layer, a Pt layer and an Au layer in order from the semiconductor multilayer is known (Patent Document 1). The bottom layer is intended to form an ohmic contact between the semiconductor multilayer and the electrode, the top layer is intended for electrical and thermal conduction with the outside and the mixing of the solder material and the electrode, and the intermediate layer is The purpose is to prevent mixing of solder materials and semiconductor multilayers.

特開2003-258370号公報JP-A-2003-258370

電極と半導体多層は熱膨張係数に差があるため、半導体多層に応力が生じ、信頼性の低下を引き起こすことがある。その対策として、特許文献1には、最上層(Au層)が後退した2段構造の電極が開示されている。2段構造であるため、素子端面では半導体多層の応力を低減することができる。しかし、最上層(Au層)が後退したことにより、素子端面よりも内側では応力が増加してしまう。 Since there is a difference in the coefficient of thermal expansion between the electrode and the semiconductor multilayer, stress is generated in the semiconductor multilayer, which may cause a decrease in reliability. As a countermeasure, Patent Document 1 discloses an electrode having a two-stage structure in which the uppermost layer (Au layer) is recessed. Due to the two-stage structure, the stress in the multiple semiconductor layers can be reduced at the element end face. However, the receding of the uppermost layer (Au layer) increases the stress inside the element end surface.

本開示は、半導体多層に生じる応力の分散を目的とする。 The present disclosure is directed to dispersing the stress that occurs in semiconductor multilayers.

半導体光素子は、光導波路を含むように構成された半導体多層と、前記半導体多層の上面に接触する、多層構造および多段構造の電極と、を有し、前記多層構造の最上層は、Auから構成され、前記多層構造の最下層は、前記半導体多層との密着性がAuよりも高い材料から構成され、前記多段構造は、前記光導波路にそれぞれ重なって前記光導波路が延びる方向に隣り合って厚さが異なる3つ以上のセクションから構成され、前記3つ以上のセクションの隣り合う一対は、前記半導体多層の端面に近くて厚さが小さい一方と、前記半導体多層の前記端面から離れて厚さが大きい他方からなり、前記3つ以上のセクションは、少なくとも前記最下層から構成されて前記厚さが最小の第1セクションと、少なくとも前記最下層に加えてヤング率においてAu以下の材料からなる応力緩和層から構成されて前記第1セクションに隣接する第2セクションと、前記最上層から前記最下層までの全層から構成されて前記厚さが最大の第3セクションと、を含む。 A semiconductor optical device has a semiconductor multilayer configured to include an optical waveguide, and a multi-layered structure and a multi-staged electrode in contact with the top surface of the semiconductor multilayer, the top layer of the multilayer structure being made of Au. The bottom layer of the multi-layered structure is made of a material having higher adhesion to the multi-layered semiconductor than Au, and the multi-layered structure overlaps the optical waveguides and is adjacent to each other in the direction in which the optical waveguides extend. three or more sections having different thicknesses, wherein one adjacent pair of the three or more sections has a smaller thickness near the end face of the semiconductor multilayer and a thicker one away from the end face of the semiconductor multilayer. and the three or more sections are composed of a first section composed of at least the bottom layer and having the smallest thickness, and at least the bottom layer plus a material having a Young's modulus equal to or lower than Au. A second section adjacent to the first section, composed of a stress relief layer, and a third section of the maximum thickness, composed of all layers from the top layer to the bottom layer.

第1の実施形態に係る半導体光素子の平面図である。1 is a plan view of a semiconductor optical device according to a first embodiment; FIG. 図1に示す半導体光素子のII-II線断面図である。2 is a cross-sectional view of the semiconductor optical device shown in FIG. 1 taken along the line II-II. FIG. 電極の多段構造の拡大図である。It is an enlarged view of the multistage structure of an electrode. 比較例1に係る電極の断面図である。5 is a cross-sectional view of an electrode according to Comparative Example 1. FIG. 比較例2に係る電極の断面図である。6 is a cross-sectional view of an electrode according to Comparative Example 2; FIG. 比較例3に係る電極の断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of an electrode according to Comparative Example 3; 変形例1に係る電極の断面図である。4 is a cross-sectional view of an electrode according to Modification 1. FIG. 変形例2に係る電極の断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of an electrode according to Modification 2; 変形例3に係る電極の断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of an electrode according to Modification 3; 変形例4に係る電極の断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of an electrode according to Modification 4; 第2の実施形態に係る半導体光素子の平面図である。FIG. 5 is a plan view of a semiconductor optical device according to a second embodiment; 図11に示す半導体光素子のXII-XII線断面図である。12 is a cross-sectional view of the semiconductor optical device shown in FIG. 11 taken along line XII-XII; FIG. 図11に示す半導体光素子のXIII-XIII線断面図である。12 is a cross-sectional view of the semiconductor optical device shown in FIG. 11, taken along line XIII-XIII; FIG. 図11に示す半導体光素子のXIV-XIV線断面図である。12 is a cross-sectional view of the semiconductor optical device shown in FIG. 11 taken along line XIV-XIV; FIG. 第3の実施形態に係る半導体光素子の平面図である。FIG. 10 is a plan view of a semiconductor optical device according to a third embodiment; 図15に示す半導体光素子のXVI-XVI線断面図である。16 is a cross-sectional view of the semiconductor optical device shown in FIG. 15, taken along line XVI-XVI; FIG. 図15に示す半導体光素子のXVII-XVII線断面図である。16 is a cross-sectional view of the semiconductor optical device shown in FIG. 15, taken along line XVII-XVII; FIG.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を具体的かつ詳細に説明する。全図において同一の符号を付した部材は同一又は同等の機能を有するものであり、その繰り返しの説明を省略する。なお、図形の大きさは倍率に必ずしも一致するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described specifically and in detail with reference to the drawings. Members denoted by the same reference numerals in all drawings have the same or equivalent functions, and repeated description thereof will be omitted. Note that the size of the figure does not necessarily match the magnification.

[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態に係る半導体光素子の平面図である。図2は、図1に示す半導体光素子のII-II線断面図である。半導体光素子は、光を導波、放出、吸収または増幅する機能を有し、例えば、バルク導波路、レーザ、光変調器または光増幅器である。図2には端面発光レーザの、光軸に沿った断面が示され、光軸に直交する両端面の少なくとも一方より光が出力される。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a plan view of the semiconductor optical device according to the first embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view of the semiconductor optical device shown in FIG. 1 taken along line II-II. Semiconductor optical devices have the function of guiding, emitting, absorbing or amplifying light, and are, for example, bulk waveguides, lasers, optical modulators or optical amplifiers. FIG. 2 shows a cross section of an edge-emitting laser along the optical axis, and light is emitted from at least one of both end surfaces perpendicular to the optical axis.

[半導体多層]
半導体光素子は、下クラッド層10、光機能層12および上クラッド層14が積層された半導体多層16を有する。光機能層12は、光導波路18の少なくとも一部を構成する。光機能層12は、例えば多重量子井戸層であり、レーザにおいては活性層(発光層)として機能する。あるいは、光機能層12はバルクの半導体層であっても構わない。下クラッド層10は、半導体基板であってもよく、半導体基板とは別の半導体層であっても構わない。コンタクト層や光閉じ込め層などの他の層が半導体多層16に含まれてもよい。
[Semiconductor multilayer]
The semiconductor optical device has a semiconductor multilayer 16 in which a lower clad layer 10, an optical function layer 12 and an upper clad layer 14 are laminated. The optical functional layer 12 constitutes at least part of the optical waveguide 18 . The optical functional layer 12 is, for example, a multiple quantum well layer, and functions as an active layer (light emitting layer) in a laser. Alternatively, the optical functional layer 12 may be a bulk semiconductor layer. The lower clad layer 10 may be a semiconductor substrate or a semiconductor layer separate from the semiconductor substrate. Other layers, such as contact layers and optical confinement layers, may also be included in the semiconductor multilayer 16 .

[電極]
半導体光素子は、電極20と裏面電極22を備えている。電極20及び裏面電極22は、金属蒸着により形成される。裏面電極22を構成する金属は、例えばAuGe、Niを含む。半導体多層16の上面において、電極20以外の箇所は半導体表面であってもよいし、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法や熱CVD法で形成された絶縁体膜(例えば酸化シリコン)が形成されていてもよい。電極20は、半導体多層16の上面に接触している。
[electrode]
The semiconductor optical device has an electrode 20 and a backside electrode 22 . The electrode 20 and the backside electrode 22 are formed by metal vapor deposition. The metal forming the back electrode 22 includes, for example, AuGe and Ni. On the upper surface of the semiconductor multilayer 16, the portion other than the electrode 20 may be a semiconductor surface, and an insulator film (for example, silicon oxide) formed by a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method or a thermal CVD method is formed. may Electrode 20 contacts the top surface of semiconductor multilayer 16 .

[多層構造]
[最上層]
電極20は、多層構造を有する。多層構造の最上層24は、ワイヤボンディングをしたり、サブマントの搭載面と物理的にコンタクトしたりするために、他の層よりも厚くなっている(例えば600nm)。最上層24は、Auから構成されている。AuはInP等の半導体よりも熱膨張係数が大きいので、半導体多層16に生じる応力の原因となり得る。
[Multilayer structure]
[Top layer]
Electrode 20 has a multilayer structure. The top layer 24 of the multilayer structure is thicker than the other layers (eg, 600 nm) for wire bonding and physical contact with the mounting surface of the submount. The top layer 24 is composed of Au. Since Au has a larger coefficient of thermal expansion than semiconductors such as InP, it can cause stress in the semiconductor multilayer 16 .

[最下層]
多層構造の最下層26は、半導体多層16との密着性がAuよりも高い材料(例えばTi、Mo)から構成されており、これにより、オーミック接触が可能になる。最下層26の厚さは例えば100nmである。
[Bottom layer]
The bottom layer 26 of the multi-layer structure is composed of a material (eg, Ti, Mo) that has higher adhesion to the semiconductor multi-layer 16 than Au, which allows ohmic contact. The thickness of the bottom layer 26 is, for example, 100 nm.

[バリア層]
多層構造は、バリア層28を含む。バリア層28は、最上層24および最下層26の間で、電極20の全体にわたって、金属拡散を防止する材料からなる。金属拡散を防止する材料は、例えばPt、W、Cr、PdまたはTaである。バリア層28は、最下層26に接触する。バリア層28の厚さは例えば100nmである。
[Barrier layer]
The multilayer structure includes barrier layer 28 . Barrier layer 28 comprises a material that prevents metal diffusion through electrode 20 between top layer 24 and bottom layer 26 . Materials that prevent metal diffusion are for example Pt, W, Cr, Pd or Ta. Barrier layer 28 contacts bottom layer 26 . The thickness of the barrier layer 28 is, for example, 100 nm.

[多段構造]
電極20は、多段構造を有する。多段構造は、3つ以上のセクションSから構成されている。3つ以上のセクションSは、光導波路18に重なって、光導波路18が延びる方向に隣り合って、厚さが異なっている。3つ以上のセクションSの隣り合う一対の一方は、半導体多層16の端面(素子端面)に近くて厚さが小さい。3つ以上のセクションSの隣り合う一対の他方は、半導体多層16の端面から離れて厚さが大きい。
[Multistage structure]
Electrode 20 has a multi-stage structure. A multistage structure is composed of three or more sections S. Three or more sections S overlap the optical waveguide 18 and are adjacent to each other in the direction in which the optical waveguide 18 extends, and have different thicknesses. One of a pair of adjacent three or more sections S is close to the end surface (element end surface) of the semiconductor multilayer 16 and has a small thickness. The other of the adjacent pair of three or more sections S is thicker away from the end surface of the semiconductor multilayer 16 .

[第1セクション]
図3は、電極20の多段構造の拡大図である。3つ以上のセクションSは、第1セクションS1を含む。第1セクションS1は、少なくとも最下層26から構成されている。ここでは第1セクションS1は最下層26及びバリア層28を含む。第1セクションS1を構成する層の端面は、半導体多層16の側面(素子端面)に一致する。
[Section 1]
FIG. 3 is an enlarged view of the multistage structure of the electrode 20. FIG. The three or more sections S include a first section S1. The first section S1 consists of at least the bottom layer 26 . The first section S1 here includes a bottom layer 26 and a barrier layer 28 . The end surfaces of the layers forming the first section S1 match the side surfaces (element end surfaces) of the semiconductor multilayer 16 .

第1セクションS1は、第1厚さt1を有する。第1厚さt1は、3つ以上のセクションSの厚さのなかで最小である。第1セクションS1は、それが起因となる応力の影響を抑えるため、第1厚さt1は最上層24の厚さよりも小さい。第1厚さt1は、最上層24の厚さの半分以下であることが好ましい。 The first section S1 has a first thickness t1. The first thickness t1 is the smallest among the thicknesses of the three or more sections S. The first thickness t1 is less than the thickness of the top layer 24 so that the first section S1 reduces the effects of stress caused by it. Preferably, the first thickness t1 is less than half the thickness of the top layer 24 .

[第2セクション]
3つ以上のセクションSは、第2セクションS2を含む。第2セクションS2は、第1セクションS1に隣接する。第2セクションS2が第1セクションS1を超える厚さは、第2厚さt2である。
[Second Section]
The three or more sections S include a second section S2. The second section S2 adjoins the first section S1. The thickness by which the second section S2 exceeds the first section S1 is the second thickness t2.

第2セクションS2は、少なくとも最下層26(例えば最下層26およびバリア層28)に加えて、ヤング率においてAu以下の材料からなる応力緩和層30から構成されている。応力緩和層30は、最上層24の一部(底面を構成する部分)である。応力緩和層30は、Auから構成されており、放熱性に優れている。応力緩和層30は、最上層24を構成するAuとヤング率において同じかそれ以下であるため、後述する第3セクションS3に含まれる最上層24の膨張または収縮が半導体層16へ伝わることを緩和する。 The second section S2 is composed of at least the bottom layer 26 (for example, the bottom layer 26 and the barrier layer 28) and a stress relieving layer 30 made of a material having a Young's modulus lower than Au. The stress relieving layer 30 is part of the top layer 24 (the part forming the bottom surface). The stress relieving layer 30 is made of Au and has excellent heat dissipation. The stress relaxation layer 30 has a Young's modulus equal to or lower than that of Au constituting the top layer 24, so that expansion or contraction of the top layer 24 included in the third section S3 described later is transmitted to the semiconductor layer 16. do.

応力緩和層30は、それが起因となる応力の影響を抑えるために、最上層24の全体的厚さより薄くなっている。応力緩和層30は、厚さにおいて、最上層24の半分以下であることが好ましい。応力緩和層30の第2厚さt2は例えば100nmである。 The stress relief layer 30 is thinner than the overall thickness of the top layer 24 to limit the stress effects it causes. The stress relieving layer 30 is preferably less than half the thickness of the top layer 24 . The second thickness t2 of the stress relieving layer 30 is, for example, 100 nm.

第2セクションS2の先端と第1セクションS1の先端との距離は、例えば10μmである。第2セクションS2の先端は、半導体多層16の側面より内側に位置する。言い換えると、第2セクションS2の先端から半導体多層16の側面までの距離は、第1セクションS1の先端から半導体多層16の側面までの距離より大きい。 The distance between the tip of the second section S2 and the tip of the first section S1 is, for example, 10 μm. The tip of the second section S2 is positioned inside the side surface of the semiconductor multilayer 16 . In other words, the distance from the tip of the second section S2 to the side surface of the semiconductor multilayer 16 is greater than the distance from the tip of the first section S1 to the side surface of the semiconductor multilayer 16.

[第3セクション]
3つ以上のセクションSは、第3セクションS3を含む。第3セクションS3は、最上層24から最下層26までの全層から構成されており、3つ以上のセクションSのなかで厚さが最大である。第3セクションS3が第2セクションS2を超える厚さは、第3厚さt3である。第1厚さt1および第2厚さt2の少なくとも一方は、第3厚さt3の半分以下である。
[Section 3]
The three or more sections S include a third section S3. The third section S3 consists of all layers from the top layer 24 to the bottom layer 26 and is the thickest of the three or more sections S. The thickness by which the third section S3 exceeds the second section S2 is the third thickness t3. At least one of the first thickness t1 and the second thickness t2 is less than half the third thickness t3.

第3セクションS3の先端は、第2セクションS2の先端よりも、半導体多層16の上面の内側に位置する。第3セクションS3の先端から半導体多層16の側面までの距離は、第2セクションS2の先端から半導体多層16の側面までの距離より大きい。第1セクションS1の先端と第3セクションS3の先端との距離は例えば20μmである。 The tip of the third section S3 is located inside the upper surface of the semiconductor multilayer 16 than the tip of the second section S2. The distance from the tip of the third section S3 to the side surface of the semiconductor multilayer 16 is greater than the distance from the tip of the second section S2 to the side surface of the semiconductor multilayer 16 . The distance between the tip of the first section S1 and the tip of the third section S3 is, for example, 20 μm.

応力の観点では、第1セクションS1、第2セクションS2および第3セクションS3の先端間の距離は大きいほうが好ましい。しかし、電極20を構成する各層は、放熱層としての役割も担っており、面積(体積)が小さくなることは好ましくない。特に、第1セクションS1、第2セクションS2および第3セクションS3の先端付近では発熱量が大きい。放熱性の観点では、第2セクションS2および第3セクションS3は、半導体多層16の側面に近いことが好ましい。例えば、第1セクションS1の先端と第2セクションS2の先端との距離を5μm、第1セクションS1の先端と第3セクションS3の先端との距離を10μmとしてもよい。 From the viewpoint of stress, it is preferable that the distance between the tips of the first section S1, the second section S2 and the third section S3 is large. However, each layer constituting the electrode 20 also plays a role as a heat dissipation layer, and it is not preferable for the area (volume) to be small. In particular, the amount of heat generated is large near the tips of the first section S1, the second section S2, and the third section S3. From the viewpoint of heat dissipation, it is preferable that the second section S2 and the third section S3 are close to the side surface of the semiconductor multilayer 16 . For example, the distance between the tip of the first section S1 and the tip of the second section S2 may be 5 μm, and the distance between the tip of the first section S1 and the tip of the third section S3 may be 10 μm.

第1セクションS1の先端から、第2セクションS2の先端および第3セクションS3の先端をどの程度離すかは、応力と放熱性の観点から決定すればよい。最小距離としては、製造ばらつきの観点から、第1セクションS1の先端と第2セクションS2の先端との距離を2μm、第1セクションS1の先端と第3セクションS3の先端との距離を4μm以上とすることが好ましい。 How much the tip of the second section S2 and the tip of the third section S3 should be separated from the tip of the first section S1 may be determined from the viewpoint of stress and heat dissipation. As for the minimum distances, from the viewpoint of manufacturing variations, the distance between the tip of the first section S1 and the tip of the second section S2 is 2 μm, and the distance between the tip of the first section S1 and the tip of the third section S3 is 4 μm or more. preferably.

[比較例]
図4は、比較例1に係る電極の断面図である。比較例1では、最上層4、最下層6およびバリア層8の先端が、半導体多層2の側面に揃っている。そのため、半導体多層2の側面に応力が集中する。
[Comparative example]
4 is a cross-sectional view of an electrode according to Comparative Example 1. FIG. In Comparative Example 1, the tips of the top layer 4 , the bottom layer 6 and the barrier layer 8 are aligned with the side surfaces of the semiconductor multilayer 2 . Therefore, stress concentrates on the side surface of the semiconductor multilayer 2 .

図5は、比較例2に係る電極の断面図である。比較例2では、最上層4の全体が第3セクションS3の範囲にある。つまり、最上層4が、半導体多層2の側面から離れている。そのため、半導体多層2の側面に生じる応力は低減する。しかし、最上層4の先端の直下では、比較例1よりも半導体多層2に生じる応力が大きくなる。 5 is a cross-sectional view of an electrode according to Comparative Example 2. FIG. In Comparative Example 2, the entire top layer 4 is within the third section S3. That is, the top layer 4 is separated from the side surfaces of the semiconductor multilayer 2 . Therefore, the stress generated on the side surface of the semiconductor multilayer 2 is reduced. However, immediately below the tip of the uppermost layer 4, the stress generated in the semiconductor multilayer 2 is greater than in the first comparative example.

図6は、比較例3に係る電極の断面図である。比較例3では、最上層4の端部が2段になっており薄い先端部が半導体多層2の側面に揃っているので、比較例1よりは半導体多層2の側面に生じる応力は小さい。しかし、最上層4の一部が半導体多層2の側面に揃っているので、比較例2よりも半導体多層2の側面に生じる応力が大きい。 6 is a cross-sectional view of an electrode according to Comparative Example 3. FIG. In Comparative Example 3, the edge of the uppermost layer 4 is two-tiered and the thin tip portion is aligned with the side surface of the semiconductor multilayer 2 , so the stress generated on the side surface of the semiconductor multilayer 2 is smaller than in Comparative Example 1. However, since part of the uppermost layer 4 is aligned with the side surface of the semiconductor multilayer 2 , the stress generated on the side surface of the semiconductor multilayer 2 is greater than that in the second comparative example.

[効果]
本実施形態では、電極20が多段構造を有するので、半導体多層16に生じる応力を分散することができる。例えば、第2セクションS2および第3セクションS3の先端が、半導体多層16の側面(素子端面)に一致しない。特に、強い応力発生の起因となるAuからなる最上層24が側面と一致しない。したがって、側面に生じる応力を低減することができる。
[effect]
In this embodiment, since the electrode 20 has a multi-stage structure, the stress generated in the semiconductor multilayer 16 can be dispersed. For example, the tips of the second section S2 and the third section S3 do not match the side surfaces (element end surfaces) of the semiconductor multilayer 16 . In particular, the uppermost layer 24 made of Au, which causes strong stress generation, does not coincide with the side surfaces. Therefore, the stress generated on the side surfaces can be reduced.

応力緩和層30が、Auと同等以下のヤング率を有する金属であるため、第3セクションS3の最上層24の膨張または収縮が半導体多層16に伝わることが緩和され、半導体多層16に及ぼす応力の影響を低減することができる。特に、第2セクションS2の先端と第3セクションS3の先端が一致していないために、第3セクションS3の先端の直下に及ぼす応力を低減し、素子内側に加わる応力を低減している。さらに、Au層である最上層24が側面と一致しないので、半導体多層16を切断するときにAu層を切断することがなくなり、劈開性において優れている。 Since the stress relieving layer 30 is a metal having a Young's modulus equal to or lower than that of Au, the expansion or contraction of the uppermost layer 24 of the third section S3 is mitigated from being transmitted to the semiconductor multilayer 16, and the stress applied to the semiconductor multilayer 16 is reduced. The impact can be reduced. In particular, since the tip of the second section S2 and the tip of the third section S3 do not coincide with each other, the stress applied directly below the tip of the third section S3 is reduced, and the stress applied inside the element is reduced. Furthermore, since the uppermost layer 24, which is the Au layer, does not coincide with the side surface, the Au layer is not cut when cutting the semiconductor multilayer 16, and the cleaving property is excellent.

[製造方法]
電極20の多段構造は、量産性の観点から以下の手順で形成することができる。まず半導体多層16を形成後、最下層26から最上層24までの金属多層を、半導体多層16の上面全面に蒸着する。そして、電極20の全体的な平面形状を残すように金属多層をエッチングする。
[Production method]
The multistage structure of the electrode 20 can be formed by the following procedure from the viewpoint of mass productivity. First, after forming the semiconductor multilayer 16 , a metal multilayer from the bottom layer 26 to the top layer 24 is vapor-deposited on the entire upper surface of the semiconductor multilayer 16 . Then, the metal multilayer is etched so as to leave the overall planar shape of the electrode 20 .

次に、第2セクションS2および第3セクションS3の平面形状を覆うエッチングマスクを、リソグラフィー法を適用して形成する。そして、最上層24に対してエッチングが進行するがその直下の層に対してのエッチング進行が遅い選択的エッチングを行う。これにより、最上層24は、第1セクションS1では除去され、第2セクションS2の先端が形成される。つまり、第1セクションS1と第2セクションS2との間の段が形成される。 Next, an etching mask is formed by lithography to cover the planar shapes of the second section S2 and the third section S3. Then, selective etching is performed in which the etching progresses to the uppermost layer 24 but the etching progresses slowly to the layer immediately below it. Thereby, the top layer 24 is removed in the first section S1 to form the tip of the second section S2. That is, a step is formed between the first section S1 and the second section S2.

次に、第3セクションS3となる領域を覆うが第2セクションS2を覆わないエッチングマスクを介して、第2セクションS2で最上層24を再びエッチングする。ただし、エッチングレートやエッチング時間を制御して、最上層24の全部を除去せずにその一部を残す。これにより、第3セクションS3の先端が形成され、第2セクションS2と第3セクションS3との間の段が形成される。先に形成した段と合わせて多段構造が形成される。 The top layer 24 is then etched again in the second section S2 through an etch mask that covers the area that will become the third section S3 but not the second section S2. However, by controlling the etching rate and etching time, the uppermost layer 24 is not entirely removed, but part of it is left. This forms the tip of the third section S3 and forms a step between the second section S2 and the third section S3. Together with the previously formed steps, a multi-step structure is formed.

[変形例1]
図7は、変形例1に係る電極の断面図である。変形例1では、第2セクションS2の応力緩和層130は、最上層124とは別の層である。応力緩和層130は、最上層124を構成するAuよりもヤング率において小さい金属(例えばIn)で構成されている。応力緩和層130が、Auよりもヤング率において小さい金属からなるため、最上層124の膨張または収縮が半導体多層116に伝わることが緩和され、半導体多層116に生じる応力を低減することができる。
[Modification 1]
7 is a cross-sectional view of an electrode according to Modification 1. FIG. In Modification 1, the stress relieving layer 130 of the second section S2 is a separate layer from the top layer 124 . The stress relieving layer 130 is made of a metal (eg, In) whose Young's modulus is smaller than that of Au forming the top layer 124 . Since the stress relieving layer 130 is made of a metal whose Young's modulus is smaller than that of Au, the expansion or contraction of the top layer 124 is alleviated from being transmitted to the semiconductor multilayer 116, and the stress generated in the semiconductor multilayer 116 can be reduced.

[変形例2]
図8は、変形例2に係る電極の断面図である。変形例2では、第2セクションS2の応力緩和層230は、最上層224とは別の層(非接触層)であるが、最上層224と同じAuから構成されている。応力緩和層230の厚さは100nmである。応力緩和層230によって、第3セクションS3の膨張または収縮によってその先端が半導体多層216に及ぼす影響を低減することができる。
[Modification 2]
8 is a cross-sectional view of an electrode according to Modification 2. FIG. In Modified Example 2, the stress relaxation layer 230 of the second section S2 is a layer (non-contact layer) different from the top layer 224, but is made of the same Au as the top layer 224. FIG. The thickness of the stress relieving layer 230 is 100 nm. The stress relieving layer 230 can reduce the effect of expansion or contraction of the third section S3 on the semiconductor multilayer 216 at its tip.

電極220の多層構造は、第1セクションS1を除いて少なくとも第3セクションS3(例えば第2セクションS2および第3セクションS3)に、金属拡散を防止する材料からなる部分バリア層232を含む。部分バリア層232の厚さは100nmである。部分バリア層232は、第2セクションS2にも含まれる。金属拡散を防止する材料は、Pt、W、Cr、PdまたはTaである。 The multi-layer structure of the electrode 220 includes a partial barrier layer 232 of a material that prevents metal diffusion in at least the third section S3 (eg, the second section S2 and the third section S3) except for the first section S1. The thickness of the partial barrier layer 232 is 100 nm. A partial barrier layer 232 is also included in the second section S2. Materials that prevent metal diffusion are Pt, W, Cr, Pd or Ta.

第2セクションS2の上表面を構成する層は、部分バリア層232に限定されず他の層であっても構わない。例えばTi層であっても構わない。最上層224と応力緩和層230の間に、部分バリア層232およびTi層が積層されていてもよい。ただし、第2セクションS2は、その先端直下で半導体多層216に生じる応力が増加しないように、第2厚さt2を第3厚さt3の半分以下にすることが好ましい。 The layer forming the upper surface of the second section S2 is not limited to the partial barrier layer 232, and may be another layer. For example, it may be a Ti layer. A partial barrier layer 232 and a Ti layer may be stacked between the top layer 224 and the stress relief layer 230 . However, the second thickness t2 of the second section S2 is preferably half or less than the third thickness t3 so as not to increase the stress generated in the semiconductor multilayer 216 immediately below the tip.

第2変形例では、段形状を形成するプロセスが容易になる。まず、金属多層を、半導体多層216の上面全面に蒸着する。そして、金属多層から第1セクションS1で不要な部分を除去する。第2セクションS2および第3セクションS3では、金属多層の全層を残す。 The second modification facilitates the process of forming the stepped shape. First, a metal multilayer is deposited over the entire top surface of the semiconductor multilayer 216 . Then, unnecessary portions are removed from the metal multilayer in the first section S1. In the second section S2 and the third section S3 all layers of the metal multilayer are left.

次に、第3セクションS3となる領域をマスクし、Auのみをエッチングする溶液でエッチングを行う。第2セクションS2の上表面を構成する層が、部分バリア層232(例えばPt)またはTiから構成されていれば、エッチングが進行しない。これにより、時間制御をしなくても、選択性エッチングが可能になり、第2セクションS2で不要な部分を除去することができ、大面積かつ効率的な製造が可能となる。 Next, the region to be the third section S3 is masked and etched with a solution for etching only Au. If the layer forming the upper surface of the second section S2 is made of the partial barrier layer 232 (for example, Pt) or Ti, the etching will not progress. As a result, selective etching becomes possible without time control, unnecessary portions can be removed in the second section S2, and large-area and efficient manufacturing becomes possible.

[変形例3]
図9は、変形例3に係る電極の断面図である。変形例3では、バリア層328は薄く(例えば50nm)なっている。これにより、第1セクションS1の先端が半導体多層316の側面に及ぼす影響が小さくなっている。しかし、薄い膜厚の制御は難しく、薄くなりすぎたり、緻密に形成されない領域が発生したりする。その結果、半導体多層316までAuが拡散すると信頼性が低下する。
[Modification 3]
9 is a cross-sectional view of an electrode according to Modification 3. FIG. In Modification 3, the barrier layer 328 is thin (eg, 50 nm). As a result, the influence of the tip of the first section S1 on the side surface of the semiconductor multilayer 316 is reduced. However, it is difficult to control the thickness of the film to be thin, and the film may become too thin or may have areas where it is not densely formed. As a result, when Au diffuses into the semiconductor multilayer 316, the reliability is lowered.

そこで、変形例3では、多層構造は、第1セクションS1を除いて少なくとも第3セクションS3(例えば第3セクションS3のみ)に、部分バリア層332を含む。部分バリア層332は、金属拡散を防止する材料からなる。金属拡散を防止する材料は、Pt、W、Cr、PdまたはTaである。部分バリア層332の厚さは100nmである。部分バリア層332を設けることで、その上にある最上層324を構成するAuがその下の層に拡散することを防止する効果を高めることができる。これにより、最上層324を構成するAuの拡散を十分に抑制することができる。 Therefore, in Variation 3, the multi-layer structure includes a partial barrier layer 332 in at least the third section S3 (eg, only the third section S3), excluding the first section S1. Partial barrier layer 332 is made of a material that prevents metal diffusion. Materials that prevent metal diffusion are Pt, W, Cr, Pd or Ta. The thickness of the partial barrier layer 332 is 100 nm. By providing the partial barrier layer 332, the effect of preventing the Au forming the uppermost layer 324 from diffusing into the underlying layer can be enhanced. Thereby, the diffusion of Au constituting the top layer 324 can be sufficiently suppressed.

第3セクションS3では、最上層324の厚さは600nmであるが、部分バリア層332が追加されているために、第3厚さt3が増している。これにより、第3セクションS3の膨張または収縮によって及ぼされる影響が大きくなる。しかし、第2セクションS2の応力緩和層330によって、応力が分散され、半導体多層316に及ぼす影響が低減されている。第2セクションS2の応力緩和層330は、最上層324とは別の層である。 In the third section S3, the top layer 324 has a thickness of 600 nm, but the addition of the partial barrier layer 332 increases the third thickness t3. This increases the impact exerted by expansion or contraction of the third section S3. However, the stress relieving layer 330 of the second section S2 distributes the stress and reduces its effect on the semiconductor multilayer 316 . The stress relieving layer 330 of the second section S2 is a separate layer from the top layer 324 .

[変形例4]
図10は、変形例4に係る電極の断面図である。変形例4では、第1セクションS1は、最上層424の一部を含む。第1セクションS1に含まれる最上層424の一部は、半導体多層416の側面およびその付近での放熱性を向上させ、特性を向上させる効果がある。すなわち、変形例4は、高い放熱性かつ信頼性を達成している。
[Modification 4]
10 is a cross-sectional view of an electrode according to Modification 4. FIG. In variant 4, the first section S1 includes part of the top layer 424 . A portion of the uppermost layer 424 included in the first section S1 has the effect of improving the heat dissipation at and near the side surfaces of the semiconductor multilayer 416 and improving the characteristics. That is, Modification 4 achieves high heat dissipation and reliability.

一方で、第1セクションS1に含まれる最上層424の一部が厚いと、応力の起因となって信頼性を劣化させる。そこで、第1セクションS1に含まれる最上層424の一部は、厚さにおいて、第2セクションS2に含まれる最上層424の一部の半分以下(例えば25nm)である。なお、最下層426およびバリア層428のそれぞれの厚さは100nmである。 On the other hand, if part of the top layer 424 included in the first section S1 is thick, it causes stress and degrades reliability. Thus, the portion of the top layer 424 included in the first section S1 is less than half (eg, 25 nm) thicker than the portion of the top layer 424 included in the second section S2. Note that the thickness of each of the bottom layer 426 and the barrier layer 428 is 100 nm.

[第2の実施形態]
図11は、第2の実施形態に係る半導体光素子の平面図である。図12は、図11に示す半導体光素子のXII-XII線断面図である。図13は、図11に示す半導体光素子のXIII-XIII線断面図である。図14は、図11に示す半導体光素子のXIV-XIV線断面図である。
[Second embodiment]
FIG. 11 is a plan view of a semiconductor optical device according to the second embodiment. 12 is a cross-sectional view of the semiconductor optical device shown in FIG. 11 taken along line XII-XII. 13 is a cross-sectional view of the semiconductor optical device shown in FIG. 11 taken along the line XIII--XIII. 14 is a cross-sectional view of the semiconductor optical device shown in FIG. 11, taken along line XIV-XIV.

半導体光素子は、リッジ導波路構造を有する分布帰還型半導体レーザ(DFBレーザ)である。光導波路518の少なくとも一部を構成する光機能層512は、例えば多重量子井戸層で、活性層(発光層)として機能する。 The semiconductor optical device is a distributed feedback semiconductor laser (DFB laser) having a ridge waveguide structure. The optical functional layer 512 forming at least part of the optical waveguide 518 is, for example, a multiple quantum well layer and functions as an active layer (light emitting layer).

半導体多層516は、下クラッド層510、光機能層512および上クラッド層514を含む。下クラッド層510および上クラッド層514はInPであり、光機能層512はInGaAsPである。下クラッド層510は、半導体基板であってもよいし、半導体基板とは別の半導体層であっても構わない。光機能層512と下クラッド層510の間には、InGaAsPで構成した回折格子構造を有する回折格子層(図示せず)が配置されている。なお、回折格子層は光機能層512と上クラッド層514との間に配置されても構わない。 Semiconductor multilayer 516 includes lower cladding layer 510 , optical functional layer 512 and upper cladding layer 514 . The lower clad layer 510 and the upper clad layer 514 are InP, and the optical functional layer 512 is InGaAsP. The lower clad layer 510 may be a semiconductor substrate, or may be a semiconductor layer separate from the semiconductor substrate. Between the optical functional layer 512 and the lower clad layer 510, a diffraction grating layer (not shown) having a diffraction grating structure made of InGaAsP is arranged. Note that the diffraction grating layer may be arranged between the optical function layer 512 and the upper clad layer 514 .

光機能層512と回折格子層との間および光機能層512と上クラッド層514との間には、InGaAsPで構成した光閉じ込め層(図示せず)が配置されている。光機能層512や光閉じ込め層はInGaAsPに限定されず、InGaAlAsであってもよい。半導体多層516は、コンタクト層を含んでもよい。 Between the optical functional layer 512 and the diffraction grating layer and between the optical functional layer 512 and the upper cladding layer 514, an optical confinement layer (not shown) made of InGaAsP is arranged. The optical function layer 512 and the optical confinement layer are not limited to InGaAsP, and may be InGaAlAs. Semiconductor multilayer 516 may include a contact layer.

半導体多層516は、光導波路518となるメサ構造を含む。光導波路518は、リッジ導波路型のメサ構造(以下、リッジ構造という)を有している。リッジ構造は、上クラッド層514の一部を含み、光機能層512の一部を含んでもよく、さらに下クラッド層510の一部を含んでもよい。 Semiconductor multilayer 516 includes a mesa structure that provides optical waveguide 518 . The optical waveguide 518 has a ridge waveguide type mesa structure (hereinafter referred to as a ridge structure). The ridge structure includes a portion of the upper cladding layer 514 , may include a portion of the optical functional layer 512 , and may include a portion of the lower cladding layer 510 .

電極520は、光導波路518に沿って光導波路518の上方に配置された主電極534と、主電極534から引き出されたパッド電極536を含み、これらは、連続一体的になっている。パッド電極536には外部から電気信号を伝えるワイヤがボンディングされるようになっている。電極520および裏面電極522の間に電圧を印加することで、半導体光素子は素子端面よりレーザ光を出力するようになっている。 The electrode 520 includes a main electrode 534 arranged above the optical waveguide 518 along the optical waveguide 518 and a pad electrode 536 led out from the main electrode 534, which are integrally continuous. A wire for transmitting an electric signal from the outside is bonded to the pad electrode 536 . By applying a voltage between the electrode 520 and the back electrode 522, the semiconductor optical device emits laser light from the end face of the device.

電極520が配置されていない領域では、半導体多層516は絶縁層538で覆われている。絶縁層538は例えば酸化シリコンである。主電極534と半導体多層516との電気的接続部(光導波路518の直上)を除き、絶縁層538は電極520の一部の下方にも配置されている。 In areas where the electrodes 520 are not arranged, the semiconductor multilayer 516 is covered with an insulating layer 538 . The insulating layer 538 is, for example, silicon oxide. The insulating layer 538 is also disposed below a portion of the electrode 520 except for the electrical connection between the main electrode 534 and the semiconductor multilayer 516 (immediately above the optical waveguide 518).

主電極534は、リッジ構造の上面で、多段構造となっている。主電極534は、リッジ構造の側面またはリッジ構造の両側でも多段構造となっており、これらの領域でも、半導体多層516に生じる応力の集中を防止している。上述した実施形態で説明した多段構造の詳細が、ここに適用可能である。 The main electrode 534 has a multistage structure on the upper surface of the ridge structure. The main electrode 534 also has a multi-stage structure on the side surface of the ridge structure or both sides of the ridge structure, and prevents stress concentration occurring in the semiconductor multilayer 516 in these regions as well. The details of the multi-stage structure described in the above embodiments are applicable here.

半導体光素子は、以下の方法で製造することができる。半導体基板に対し、有機金属化学気相成長法(MOCVD)や分子線エピタキシー法で結晶成長を行い、これにより、下クラッド層510、光機能層512および上クラッド層514をそれぞれ結晶成長する。その後、光導波路518(メサ構造)を覆うエッチングマスクを形成し、エッチング(ドライエッチング又はウェットエッチング)を行い、リッジ型の光導波路518を形成する。 A semiconductor optical device can be manufactured by the following method. Crystal growth is performed on a semiconductor substrate by metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) or molecular beam epitaxy, thereby crystal-growing a lower clad layer 510, an optical function layer 512 and an upper clad layer 514, respectively. After that, an etching mask is formed to cover the optical waveguide 518 (mesa structure), and etching (dry etching or wet etching) is performed to form a ridge-shaped optical waveguide 518 .

半導体多層516の表面保護のため、プラズマCVD法または熱CVD法で絶縁層538(例えば酸化シリコン)を表面全体に形成する。そして、光導波路518の直上領域(電気的接続部)に開口を有するエッチングマスクを介して、絶縁層538をエッチングする。続いて、金属多層を、半導体多層516に近い方から順番に、蒸着によって形成する。 In order to protect the surface of the semiconductor multilayer 516, an insulating layer 538 (for example, silicon oxide) is formed over the entire surface by plasma CVD or thermal CVD. Then, the insulating layer 538 is etched through an etching mask having an opening in the region (electrical connection portion) directly above the optical waveguide 518 . Subsequently, metal multilayers are formed by vapor deposition in order from the one closest to the semiconductor multilayer 516 .

次に、第3セクションS3となる領域のみを覆うエッチングレジストを介して、エッチングを行い、第3セクションS3の表面形状を最上層524から形成する。ただし、第3セクションS3以外の領域を全部除去するのではなく、その領域はエッチバックによって薄くして残す。 Next, etching is performed through an etching resist that covers only the region that will become the third section S3, and the surface shape of the third section S3 is formed from the uppermost layer 524. FIG. However, instead of completely removing the region other than the third section S3, the region is thinned by etching back and left.

次に、第2セクションS2および第3セクションS3となる領域のみを覆うエッチングレジストを介して、エッチングを行い、第2セクションS2の表面形状(応力緩和層530)を最上層524から形成する。ただし、第2セクションS2および第3セクションS3以外の領域を全部除去するのではなく、その領域はエッチバックによって薄くして残す。 Next, etching is performed through the etching resist that covers only the regions that will become the second section S2 and the third section S3, and the surface shape (the stress relaxation layer 530) of the second section S2 is formed from the top layer 524. FIG. However, instead of completely removing the regions other than the second section S2 and the third section S3, the regions are thinned by etching back and left.

次に、第1セクションS1、第2セクションS2および第3セクションS3となる領域のみを覆うエッチングレジストを介して、エッチングを行い、第1セクションS1の表面形状(最下層およびバリア層からなる層526)を形成する。ただし、エッチングは、層526の下の層(絶縁層538)に及ばないようにする。 Next, etching is performed through an etching resist that covers only the regions that will become the first section S1, the second section S2 and the third section S3, and the surface shape of the first section S1 (the layer 526 consisting of the bottom layer and the barrier layer) is etched. ). However, the etch should not extend to the layer below layer 526 (insulating layer 538).

[第3の実施形態]
図15は、第3の実施形態に係る半導体光素子の平面図である。図16は、図15に示す半導体光素子のXVI-XVI線断面図である。図17は、図15に示す半導体光素子のXVII-XVII線断面図である。
[Third Embodiment]
FIG. 15 is a plan view of a semiconductor optical device according to the third embodiment. 16 is a cross-sectional view of the semiconductor optical device shown in FIG. 15 taken along line XVI--XVI. 17 is a cross-sectional view of the semiconductor optical device shown in FIG. 15 taken along line XVII-XVII.

半導体光素子は、一方の端面から入力された連続光を変調光に変換するようになっている光変調器(例えば、電界吸収型変調器)である。光導波路618の少なくとも一部を構成する光機能層612は、例えば多重量子井戸層で、光吸収層として機能する。 A semiconductor optical device is an optical modulator (for example, an electro-absorption modulator) adapted to convert continuous light input from one end face into modulated light. The optical functional layer 612 forming at least part of the optical waveguide 618 is, for example, a multiple quantum well layer and functions as a light absorbing layer.

半導体多層616は、光導波路618となるメサ構造を含む。光導波路618はメサ構造を有している。図15では、メサ構造を破線で示している。メサ構造は、下クラッド層610の一部、光機能層612および上クラッド層614を含む。メサ構造の両側は半導体の埋め込み層642で埋め込まれている。下クラッド層610および上クラッド層614はInPであり、光機能層612はInGaAsPである。光機能層612と下クラッド層610との間および光機能層612と上クラッド層614との間には、InGaAsPで構成した光閉じ込め層(図示せず)が配置されている。 Semiconductor multilayer 616 includes a mesa structure that provides optical waveguide 618 . The optical waveguide 618 has a mesa structure. In FIG. 15, the mesa structure is indicated by broken lines. The mesa structure includes a portion of the lower cladding layer 610 , an optical functional layer 612 and an upper cladding layer 614 . Both sides of the mesa structure are buried with a semiconductor buried layer 642 . Lower clad layer 610 and upper clad layer 614 are InP, and optical functional layer 612 is InGaAsP. Between the optical functional layer 612 and the lower clad layer 610 and between the optical functional layer 612 and the upper clad layer 614, optical confinement layers (not shown) made of InGaAsP are arranged.

光導波路618は、非吸収材料層640(窓構造)を含む。非吸収材料層640は、光出射端面での反射が光機能層612に戻ることを低減する効果がある。非吸収材料層640は、光機能層612よりもバンドギャップが大きい。非吸収材料層640は、光機能層612に、光導波方向に隣接している。非吸収材料層640は、半導体多層616の側面(素子端面)の一部を構成する。 The optical waveguide 618 includes a layer of non-absorbing material 640 (window structure). The non-absorbing material layer 640 has the effect of reducing reflection from the light emitting end surface returning to the optical functional layer 612 . The non-absorbing material layer 640 has a larger bandgap than the optical functional layer 612 . The non-absorbing material layer 640 is adjacent to the optical functional layer 612 in the optical waveguide direction. The non-absorbing material layer 640 constitutes part of the side surface (element end surface) of the semiconductor multilayer 616 .

半導体光素子は、電極620と裏面電極622を備えている。電極620は、光導波路618に沿って光導波路618の上方に配置された主電極634と、主電極634から引き出されたパッド電極636を含み、これらは、連続一体的になっている。パッド電極636には外部から電気信号を伝えるワイヤがボンディングされるようになっている。電極620および裏面電極622の間に電圧を印加することで、半導体光素子は端面から入射する光を変調するようになっている。 The semiconductor optical device has an electrode 620 and a backside electrode 622 . The electrode 620 includes a main electrode 634 disposed above the optical waveguide 618 along the optical waveguide 618, and a pad electrode 636 extending from the main electrode 634, which are integral and continuous. A wire for transmitting an electric signal from the outside is bonded to the pad electrode 636 . By applying a voltage between the electrode 620 and the back electrode 622, the semiconductor optical device modulates the light incident from the end surface.

主電極634は、リッジ構造の上面で、多段構造を有する。上述した実施形態で説明した多段構造の詳細が、ここに適用可能である。非吸収材料層640には電気を入力する必要がないので、非吸収材料層640の上方では、電極620は半導体多層616の上面のエッジ(素子端面)に至らない。非吸収材料層640が配置されている側では、第1セクションS1の先端は、半導体多層616の側面より内側に位置している。第1セクションS1を構成する層の端面は、半導体多層616の側面から離れている。電極620の、非吸収材料層640の直上にある部分は、絶縁層638を介して、半導体多層616から絶縁されている。電極620の構成は一例に過ぎず、他の実施形態で示した構造であっても構わない。 The main electrode 634 has a multi-stage structure on the upper surface of the ridge structure. The details of the multi-stage structure described in the above embodiments are applicable here. Above the non-absorbing material layer 640 , the electrode 620 does not reach the edge of the top surface of the semiconductor multilayer 616 (device facet), since no electricity needs to be input to the non-absorbing material layer 640 . On the side where the non-absorbing material layer 640 is arranged, the tip of the first section S1 lies inside the side surface of the semiconductor multilayer 616 . The end faces of the layers that make up the first section S1 are separated from the side surfaces of the semiconductor multilayer 616 . The portion of electrode 620 directly above non-absorbing material layer 640 is insulated from semiconductor multilayer 616 via insulating layer 638 . The configuration of the electrode 620 is merely an example, and the configuration shown in other embodiments may be used.

[実施形態の概要]
(1)半導体光素子は、光導波路18を含むように構成された半導体多層16と、半導体多層16の上面に接触する、多層構造および多段構造の電極20と、を有し、多層構造の最上層24は、Auから構成され、多層構造の最下層26は、半導体多層16との密着性がAuよりも高い材料から構成され、多段構造は、光導波路18にそれぞれ重なって光導波路18が延びる方向に隣り合って厚さが異なる3つ以上のセクションSから構成され、3つ以上のセクションSの隣り合う一対は、半導体多層16の端面に近くて厚さが小さい一方と、半導体多層16の端面から離れて厚さが大きい他方からなり、3つ以上のセクションSは、少なくとも最下層26から構成されて厚さが最小の第1セクションS1と、少なくとも最下層26に加えてヤング率においてAu以下の材料からなる応力緩和層30から構成されて第1セクションS1に隣接する第2セクションS2と、最上層24から最下層26までの全層から構成されて厚さが最大の第3セクションS3と、を含む。
[Overview of embodiment]
(1) The semiconductor optical device has a semiconductor multilayer 16 configured to include an optical waveguide 18, and an electrode 20 having a multilayer structure and a multistage structure in contact with the upper surface of the semiconductor multilayer 16. The upper layer 24 is made of Au, and the bottom layer 26 of the multilayer structure is made of a material having higher adhesion to the semiconductor multilayer 16 than Au. It is composed of three or more sections S that are adjacent to each other in the direction and have different thicknesses, and one pair of adjacent three or more sections S is close to the end surface of the semiconductor multilayer 16 and has a small thickness, and The three or more sections S consist of a first section S1 of minimum thickness, composed of at least the bottom layer 26, and at least the bottom layer 26 plus Au in Young's modulus. A second section S2 adjacent to the first section S1, composed of a stress relieving layer 30 made of the following materials, and a third section S3 having the maximum thickness, composed of all the layers from the top layer 24 to the bottom layer 26: and including.

(2)(1)に記載の半導体光素子であって、第2セクションS2の応力緩和層30は、最上層24の一部であってもよい。 (2) In the semiconductor optical device described in (1), the stress relieving layer 30 of the second section S2 may be part of the top layer 24 .

(3)(2)に記載の半導体光素子であって、第1セクションS1は、最上層424の他の一部をさらに含んでもよい。 (3) In the semiconductor optical device described in (2), the first section S1 may further include another part of the top layer 424.

(4)(3)に記載の半導体光素子であって、第1セクションS1に含まれる最上層424の他の一部は、厚さにおいて、第2セクションS2に含まれる最上層424の一部の半分以下であってもよい。 (4) In the semiconductor optical device according to (3), the other part of the top layer 424 included in the first section S1 is the thickness of the part of the top layer 424 included in the second section S2. may be less than half of

(5)(1)に記載の半導体光素子であって、第2セクションS2の応力緩和層130は、最上層124とは別の層であってもよい。 (5) In the semiconductor optical device described in (1), the stress relieving layer 130 of the second section S2 may be a layer different from the top layer 124 .

(6)(1)から(5)のいずれか1項に記載の半導体光素子であって、第1セクションS1は、第1厚さt1を有し、第2セクションS2が第1セクションS1を超える厚さは、第2厚さt2であり、第3セクションS3が第2セクションS2を超える厚さは、第3厚さt3であり、第1厚さt1および第2厚さt2の少なくとも一方は、第3厚さt3の半分以下であってもよい。 (6) The semiconductor optical device according to any one of (1) to (5), wherein the first section S1 has a first thickness t1, and the second section S2 covers the first section S1. The thickness exceeding is the second thickness t2, the thickness exceeding the second section S2 by the third section S3 is the third thickness t3, and at least one of the first thickness t1 and the second thickness t2 may be half or less of the third thickness t3.

(7)(1)から(6)のいずれか1項に記載の半導体光素子であって、多層構造は、最上層24および最下層26の間で、3つ以上のセクションSの全体にわたって、金属拡散を防止する材料からなるバリア層28を含んでもよい。 (7) The semiconductor optical device according to any one of (1) to (6), wherein the multilayer structure comprises, between the top layer 24 and the bottom layer 26, over three or more sections S, A barrier layer 28 of a material that prevents metal diffusion may be included.

(8)(7)に記載の半導体光素子であって、バリア層28は、最下層26に接触する層であってもよい。 (8) In the semiconductor optical device described in (7), the barrier layer 28 may be a layer in contact with the bottom layer 26 .

(9)(7)又は(8)に記載の半導体光素子であって、多層構造は、第1セクションS1を除いて少なくとも第3セクションS3に、金属拡散を防止する材料からなる部分バリア層232を含んでもよい。 (9) The semiconductor optical device according to (7) or (8), wherein the multilayer structure includes a partial barrier layer 232 made of a material that prevents metal diffusion in at least the third section S3 except the first section S1. may include

(10)(9)に記載の半導体光素子であって、部分バリア層232は、第2セクションS2にも含まれていてもよい。 (10) In the semiconductor optical device according to (9), the partial barrier layer 232 may also be included in the second section S2.

(11)(7)から(10)のいずれか1項に記載の半導体光素子であって、金属拡散を防止する材料は、Pt、W、Cr、PdまたはTaであってもよい。 (11) In the semiconductor optical device according to any one of (7) to (10), the material for preventing metal diffusion may be Pt, W, Cr, Pd or Ta.

(12)(1)から(11)のいずれか1項に記載の半導体光素子であって、最下層26は、TiまたはMoからなるようにしてもよい。 (12) In the semiconductor optical device according to any one of (1) to (11), the bottom layer 26 may be made of Ti or Mo.

(13)(1)から(12)のいずれか1項に記載の半導体光素子であって、第2セクションS2の上表面を構成する層は、PtまたはTiからなるようにしてもよい。 (13) In the semiconductor optical device according to any one of (1) to (12), the layer forming the upper surface of the second section S2 may be made of Pt or Ti.

(14)(1)から(13)のいずれか1項に記載の半導体光素子であって、第1セクションS1を構成する層の端面は、半導体多層16の側面に一致してもよい。 (14) In the semiconductor optical device according to any one of (1) to (13), the end faces of the layers forming the first section S1 may coincide with the side faces of the semiconductor multilayer 16 .

(15)(1)から(13)のいずれか1項に記載の半導体光素子であって、第1セクションS1を構成する層の端面は、半導体多層616の側面から離れていてもよい。 (15) In the semiconductor optical device according to any one of (1) to (13), the end face of the layer forming the first section S1 may be separated from the side surface of the semiconductor multilayer 616.

(16)(1)から(15)のいずれか1項に記載の半導体光素子であって、半導体多層516は、光導波路518となるメサ構造を含んでもよい。 (16) In the semiconductor optical device according to any one of (1) to (15), the semiconductor multilayer 516 may include a mesa structure that serves as the optical waveguide 518 .

(17)(1)から(16)のいずれか1項に記載の半導体光素子であって、半導体多層16は、光導波路18の少なくとも一部を構成する活性層または光吸収層を含んでもよい。 (17) The semiconductor optical device according to any one of (1) to (16), wherein the semiconductor multilayer 16 may include an active layer or a light absorption layer forming at least part of the optical waveguide 18. .

(18)(17)に記載の半導体光素子であって、光導波路618は、活性層または光吸収層よりもバンドギャップが大きい非吸収材料層640を含み、非吸収材料層640は、活性層または光吸収層に、光導波方向に隣接し、電極620の、非吸収材料層640の直上にある部分は、絶縁層638を介して、半導体多層616から絶縁されていてもよい。
(19)(16)に記載の半導体光素子であって、前記電極520は、前記メサ構造の上面で、前記多段構造となっていてもよい。
(20)(16)に記載の半導体光素子であって、前記電極520は、前記メサ構造の側面で、前記多段構造となっていてもよい。
(18) In the semiconductor optical device according to (17), the optical waveguide 618 includes a non-absorbing material layer 640 having a bandgap larger than that of the active layer or the light absorbing layer, and the non-absorbing material layer 640 is the active layer. Alternatively, the portion of the electrode 620 that is adjacent to the light absorbing layer in the light guiding direction and directly above the non-absorbing material layer 640 may be insulated from the semiconductor multilayer 616 via the insulating layer 638 .
(19) In the semiconductor optical device described in (16), the electrode 520 may have the multistage structure on the upper surface of the mesa structure.
(20) In the semiconductor optical device described in (16), the electrode 520 may have the multistage structure on the side surface of the mesa structure.

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、実施形態を説明した構成は、実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えることができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible. For example, the configurations described in the embodiments can be replaced with configurations that are substantially the same, that have the same effects, or that can achieve the same purpose.

2 半導体多層、4 最上層、6 最下層、8 バリア層、10 下クラッド層、12 光機能層、14 上クラッド層、16 半導体多層、18 光導波路、20 電極、22 裏面電極、24 最上層、26 最下層、28 バリア層、30 応力緩和層、116 半導体多層、124 最上層、130 応力緩和層、216 半導体多層、220 電極、224 最上層、230 応力緩和層、232 部分バリア層、316 半導体多層、324 最上層、328 バリア層、330 応力緩和層、332 部分バリア層、416 半導体多層、424 最上層、426 最下層、428 バリア層、510 下クラッド層、512 光機能層、514 上クラッド層、516 半導体多層、518 光導波路、520 電極、522 裏面電極、524 最上層、526 層、534 主電極、536 パッド電極、538 絶縁層、610 下クラッド層、612 光機能層、614 上クラッド層、616 半導体多層、618 光導波路、620 電極、622 裏面電極、634 主電極、636 パッド電極、638 絶縁層、640 非吸収材料層、642 埋め込み層、S セクション、S1 第1セクション、S2 第2セクション、S3 第3セクション。

2 semiconductor multilayer, 4 top layer, 6 bottom layer, 8 barrier layer, 10 lower clad layer, 12 optical function layer, 14 upper clad layer, 16 semiconductor multilayer, 18 optical waveguide, 20 electrode, 22 back electrode, 24 top layer, 26 bottom layer, 28 barrier layer, 30 stress relaxation layer, 116 semiconductor multilayer, 124 top layer, 130 stress relaxation layer, 216 semiconductor multilayer, 220 electrode, 224 top layer, 230 stress relaxation layer, 232 partial barrier layer, 316 semiconductor multilayer , 324 top layer, 328 barrier layer, 330 stress relaxation layer, 332 partial barrier layer, 416 semiconductor multilayer, 424 top layer, 426 bottom layer, 428 barrier layer, 510 lower clad layer, 512 optical function layer, 514 upper clad layer, 516 semiconductor multilayer, 518 optical waveguide, 520 electrode, 522 rear electrode, 524 uppermost layer, 526 layer, 534 main electrode, 536 pad electrode, 538 insulating layer, 610 lower clad layer, 612 optical function layer, 614 upper clad layer, 616 Semiconductor multilayer 618 Optical waveguide 620 Electrode 622 Rear electrode 634 Main electrode 636 Pad electrode 638 Insulating layer 640 Non-absorbing material layer 642 Buried layer S Section S1 First section S2 Second section S3 Third section.

Claims (20)

光導波路を含むように構成された半導体多層と、
前記半導体多層の上面に接触する、多層構造および多段構造の電極と、
を有し、
前記多層構造の最上層は、Auから構成され、
前記多層構造の最下層は、前記半導体多層との密着性がAuよりも高い材料から構成され、
前記多段構造は、前記光導波路にそれぞれ重なって前記光導波路が延びる方向に隣り合って厚さが異なる3つ以上のセクションから構成され、
前記3つ以上のセクションの隣り合う一対は、前記半導体多層の端面に近くて厚さが小さい一方と、前記半導体多層の前記端面から離れて厚さが大きい他方からなり、
前記3つ以上のセクションは、
少なくとも前記最下層から構成されて前記厚さが最小の第1セクションと、
少なくとも前記最下層に加えてヤング率においてAu以下の材料からなる応力緩和層から構成されて前記第1セクションに隣接する第2セクションと、
前記最上層から前記最下層までの全層から構成されて前記厚さが最大の第3セクションと、
を含む半導体光素子。
a semiconductor multilayer configured to include an optical waveguide;
a multi-layered and multi-staged electrode in contact with the upper surface of the semiconductor multilayer;
has
the top layer of the multilayer structure is composed of Au,
The bottom layer of the multilayer structure is made of a material having higher adhesion to the semiconductor multilayer than Au,
The multi-stage structure is composed of three or more sections each overlapping the optical waveguide and adjacent to each other in the direction in which the optical waveguide extends and having different thicknesses,
an adjacent pair of the three or more sections consists of one having a smaller thickness near the edge of the semiconductor multilayer and the other having a greater thickness away from the edge of the semiconductor multilayer;
The three or more sections include:
a first section of said minimum thickness comprising at least said bottom layer;
a second section, adjacent to the first section, comprising at least the bottom layer and a stress relieving layer made of a material having a Young's modulus of Au or less;
a third section having the maximum thickness and comprising all layers from the top layer to the bottom layer;
A semiconductor optical device comprising:
請求項1に記載の半導体光素子であって、
前記第2セクションの前記応力緩和層は、前記最上層の一部である半導体光素子。
The semiconductor optical device according to claim 1,
The semiconductor optical device, wherein the stress relieving layer of the second section is part of the top layer.
請求項2に記載の半導体光素子であって、
前記第1セクションは、前記最上層の他の一部をさらに含む半導体光素子。
The semiconductor optical device according to claim 2,
The semiconductor optical device, wherein the first section further includes another portion of the top layer.
請求項3に記載の半導体光素子であって、
前記第1セクションに含まれる前記最上層の前記他の一部は、前記厚さにおいて、前記第2セクションに含まれる前記最上層の前記一部の半分以下である半導体光素子。
The semiconductor optical device according to claim 3,
The other part of the top layer included in the first section is a semiconductor optical device, wherein the thickness is less than half of the part of the top layer included in the second section.
請求項1に記載の半導体光素子であって、
前記第2セクションの前記応力緩和層は、前記最上層とは別の層である半導体光素子。
The semiconductor optical device according to claim 1,
The semiconductor optical device, wherein the stress relieving layer of the second section is a separate layer from the top layer.
請求項1から5のいずれか1項に記載の半導体光素子であって、
前記第1セクションは、第1厚さを有し、
前記第2セクションが前記第1セクションを超える厚さは、第2厚さであり、
前記第3セクションが前記第2セクションを超える厚さは、第3厚さであり、
前記第1厚さおよび前記第2厚さの少なくとも一方は、前記第3厚さの半分以下である半導体光素子。
The semiconductor optical device according to any one of claims 1 to 5,
the first section has a first thickness;
the thickness by which the second section exceeds the first section is a second thickness;
the thickness by which the third section exceeds the second section is a third thickness;
A semiconductor optical device, wherein at least one of the first thickness and the second thickness is half or less of the third thickness.
請求項1から6のいずれか1項に記載の半導体光素子であって、
前記多層構造は、前記最上層および前記最下層の間で、前記3つ以上のセクションの全体にわたって、金属拡散を防止する材料からなるバリア層を含む半導体光素子。
The semiconductor optical device according to any one of claims 1 to 6,
The semiconductor optical device, wherein the multilayer structure includes a barrier layer made of a material that prevents metal diffusion between the top layer and the bottom layer and throughout the three or more sections.
請求項7に記載の半導体光素子であって、
前記バリア層は、前記最下層に接触する層である半導体光素子。
The semiconductor optical device according to claim 7,
The semiconductor optical device, wherein the barrier layer is a layer in contact with the bottom layer.
請求項7又は8に記載の半導体光素子であって、
前記多層構造は、前記第1セクションを除いて少なくとも前記第3セクションに、金属拡散を防止する材料からなる部分バリア層を含む半導体光素子。
9. The semiconductor optical device according to claim 7 or 8,
A semiconductor optical device, wherein the multilayer structure includes a partial barrier layer made of a material that prevents metal diffusion in at least the third section except the first section.
請求項9に記載の半導体光素子であって、
前記部分バリア層は、前記第2セクションにも含まれる半導体光素子。
The semiconductor optical device according to claim 9,
The semiconductor optical device, wherein the partial barrier layer is also included in the second section.
請求項7から10のいずれか1項に記載の半導体光素子であって、
前記金属拡散を防止する前記材料は、Pt、W、Cr、PdまたはTaである半導体光素子。
The semiconductor optical device according to any one of claims 7 to 10,
The semiconductor optical device, wherein the material for preventing the metal diffusion is Pt, W, Cr, Pd or Ta.
請求項1から11のいずれか1項に記載の半導体光素子であって、
前記最下層は、TiまたはMoからなる半導体光素子。
The semiconductor optical device according to any one of claims 1 to 11,
The semiconductor optical device, wherein the bottom layer is made of Ti or Mo.
請求項1から12のいずれか1項に記載の半導体光素子であって、
前記第2セクションの上表面を構成する層は、PtまたはTiからなる半導体光素子。
The semiconductor optical device according to any one of claims 1 to 12,
The semiconductor optical device, wherein the layer forming the upper surface of the second section is made of Pt or Ti.
請求項1から13のいずれか1項に記載の半導体光素子であって、
前記第1セクションを構成する層の端面は、前記半導体多層の側面に一致する半導体光素子。
The semiconductor optical device according to any one of claims 1 to 13,
The semiconductor optical device, wherein an end face of the layer forming the first section is aligned with a side surface of the semiconductor multilayer.
請求項1から13のいずれか1項に記載の半導体光素子であって、
前記第1セクションを構成する層の端面は、前記半導体多層の側面から離れている半導体光素子。
The semiconductor optical device according to any one of claims 1 to 13,
The semiconductor optical device, wherein the end surface of the layer forming the first section is separated from the side surface of the semiconductor multilayer.
請求項1から15のいずれか1項に記載の半導体光素子であって、
前記半導体多層は、前記光導波路となるメサ構造を含む半導体光素子。
The semiconductor optical device according to any one of claims 1 to 15,
The semiconductor optical device, wherein the semiconductor multilayer includes a mesa structure serving as the optical waveguide.
請求項1から16のいずれか1項に記載の半導体光素子であって、
前記半導体多層は、前記光導波路の少なくとも一部を構成する活性層または光吸収層を含む半導体光素子。
The semiconductor optical device according to any one of claims 1 to 16,
The semiconductor optical device, wherein the semiconductor multilayer includes an active layer or a light absorption layer forming at least a part of the optical waveguide.
請求項17に記載の半導体光素子であって、
前記光導波路は、前記活性層または前記光吸収層よりもバンドギャップが大きい非吸収材料層を含み、
前記非吸収材料層は、前記活性層または前記光吸収層に、光導波方向に隣接し、
前記電極の、前記非吸収材料層の直上にある部分は、絶縁層を介して、前記半導体多層から絶縁されている半導体光素子。
18. The semiconductor optical device according to claim 17,
the optical waveguide includes a non-absorbing material layer having a bandgap larger than that of the active layer or the light absorbing layer;
the non-absorbing material layer is adjacent to the active layer or the light absorbing layer in the optical waveguide direction;
A semiconductor optical device, wherein a portion of the electrode directly above the non-absorbing material layer is insulated from the semiconductor multilayer via an insulating layer.
請求項16に記載の半導体光素子であって、
前記電極は、前記メサ構造の上面で、前記多段構造となっている、半導体光素子。
17. The semiconductor optical device according to claim 16,
The semiconductor optical device, wherein the electrode has the multi-stage structure on the upper surface of the mesa structure.
請求項16に記載の半導体光素子であって、
前記電極は、前記メサ構造の側面で、前記多段構造となっている、半導体光素子。

17. The semiconductor optical device according to claim 16,
The semiconductor optical device, wherein the electrode has the multistage structure on the side surface of the mesa structure.

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